基于DSP的直流无刷电机控制系统设计(9)

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基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计

3.4无刷直流电机有什么优缺点？

优点：

a) 变速平稳，几乎感觉不到振动； b) 温升低，可靠性好；

c) 价格低，所以被较多厂家选用。 缺点：

a) 碳刷易磨损，更换较为麻烦，寿命短；

b) 运行电流大，电机磁钢易退磁，降低了电机与电池的作用寿命。

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无刷直流电动机速度控制策略

4 无刷直流电动机速度控制策略

本章在分析了无刷直流电动机调速方法的基础上，详细论述了无刷直流电动机的正弦波脉宽调制技术(SPWM)的原理，着重比较了产生SPWM的三种实时算法(自然采样法，对称规则采样法，不对称规则采样法)的优劣；针对无刷直流电动机转速闭环控制系统的调节算法，详细分析了转速控制经典PID算法，提出了非线性几分PID 算法，该算法能很好地解决无刷直流电动机转速调节过程中出现的几分饱和现象。

4.1 无刷直流电机的调速方法和调速性能

4.1.1 电动机的调速方法和调速性能 无刷直流电动机的动态特性方程为:

U??U?Ea?IR (1)

Ta?KTI (2)

2dnGD? Ta?TL? (3) 375dt

Ea?Ke?n (4)

其中，Ke为电势系数，KT为转矩系数，讲(4)式代入(1)式，可得：

UR n???Ta (5)

KeKe?KT令Ce=8.55pWA×10-2, CT=0.867pWA 分别代入，得?e?Ce?, KM?CM? 再代入式(5)，得

n?UR?2Ta (6)

Ce?CeCT?在式(6)中Ce为电视常数，CT只与电机本身有关，Ta的大小决定于负载转矩，因此可知，无刷直流电动机的调速发放有三种：

调节电枢供电电压U。改变电枢供电电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下调速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无极平滑调速系统来说，这种发放最好。to的变化遇到时间常数较小，能快速响应，但

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基于DSP的直流无刷电机控制系统的设计

是需要大容量可调直流电源。

改变电机的主磁通。改变电机磁通可以实现无极平滑调速，但只能减弱磁通，从电动机额定转速向上调速，属于恒功率调速方法，因为无刷直流电动机的定子磁场多由永磁铁产生，所以这种调速方法不适用于无刷直流电机。

改变电枢回路电阻R。在电动机电枢回路外串联电阻进行调速方法，设备简单，操作方便。但只能是有级调速，调速平滑性差，机械特性软；空载时几乎没什么调速作用；在调速电阻上消耗大量的电能。

改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机，卷扬机及电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传统系统中采用。弱磁调速范围不带，往往和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。因此，主动控制的直流调速系统往往以调压调速为主，必要是吧调压调速和弱磁调速两种方法配合起来使用，而对于无刷直流电动机，其调速多采用调压调速[8]。

4.1.2 直流斩波器或脉宽调制变换器

直流斩波器又称为直流调压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断时间的变化来改变负载上的直流电压平均值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源，亦称直流—直流变换器。它具有效率高、体积小、低成本的优点，现己广泛应用于地铁、电力机车、城市无轨电车以及电平搬运车等电力牵引设备的变速拖动中，也广泛应用于无刷直流电动机调速系统中[9]。

这样，电动机电枢端电压的平均值为：

tonUs??Us (7) T式中 T 为开关器件的通断周期；f 为开关频率，ton为开关器件的导通时间；

ton???tonf 为占空比。

T由式 (7) 可知，直流斩波器的输出电压平均值 Ud 可以通过改变占空比 ρ即通

Ud?过改变开关器件的导通或关断时间来调节，常用的改变输出平均电压的调制方法有以下三种:

(1)脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)。开关器件的通断周期T

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