ML4428无位置传感器的控制设计(2)

图1-1无刷直流电机

ML4428无位置传感器的控制设计

1.2无刷直流电机的发展趋势

无刷直流电动机保持着直流电动机的优良性能，但没有普通直流电动机的换向器，定子为类似交流电动机的多相绕组，转予为永久磁铁。用逆变器和转子位置检测器组成的电子换向器取代有刷直流电动机的机械换向器和电刷。直流电源经逆变器接入定子多相绕组，各相逐次通电产生电流，定子磁场和转子永磁磁场相互作用产生转矩。因此对无刷直流电机来说，一个很重要的问题是解决电子换向控制器的设计和实现。电子换向控制器的发展经历了模拟控制电路、模拟数字混合控制电路、专用集成控制电路、微处理器控制电路、数字信号处理器控制电路等阶段。从发展趋势来看，以数字信号处理器(DSP)为核心的控制电路将代表无刷直流电机电子换向控制器的发展方向。随着控制算法的R趋复杂，需要处理的数据量大大增加，加之实时性和精度要求的不断提高，微处理器的处理速度已不能满足要求，人们自然而然地想到了具有快速运算能力的数字信号处理器。进入上世纪90年代，随着数字信号处理技术的飞速发展，面对无刷直流电机在伺服控制系统的需求同益增加，各大微处理器制造厂商纷纷推出以高速DSP为内核的无刷直流电机专用控制芯片。其中以美国MICRO LINEAR仪器公司的ML44XX系列在中国电机控制芯片市场占据的份额最多。该系列控制器是ML公司专门针对数字电机控制而设计的。它集高速运算与面向电机和高速控制能力于一体，可以实现用软件取代模拟器件，实现控制系统的全数字化，从而方便地修改控制策略和参数，同时又兼具故障检测、自诊断和上位机管理与通信功能。另外，随着芯片性能不断提高的同时，它的成本大大降低，从而使得该器件及技术更容易使用，价格也能为广大用户接受。因此与无刷直流电机的结合成为一种必然趋势。为了进一步降低系统的成本，同时取得良好的控制效果，近年来，一些学者提出了无位置传感器的无刷直流电机控制系统设计方案，通过软件算法来获得电机的轴位置信息，在改善系统控制性能的情况下，进一步降低了目标系统的成本。因此，结合ML4428实现无位置传感器控制将成为无刷直流电机研究的发展趋势。

1.3无刷电机的应用

近十年来，我国中小型电机和微特电机发展迅速，表1.1是我国2002~2006年中小型电机行业产品销售和收入的不完全统计。其中，由于无刷直流电机具有高效率，长寿命低噪声以及较好的转速-转矩特性等优点，在汽车、航空、家电等行业得到了较好的发展。以下是无刷直流电机的一些典型的应用场合。

表1.1 2002~2006年中小电机销售量和销售收入统计表

年份

产品销售量/104kw

产品收入/万元

2002 3562 698731 2003 6319 1085847 2004 7847 1560933 2005 9702 2182281 2006 10950 2686147

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1、汽车用无刷电机

汽车作为一种方便快捷的交通工具早已和人们的日常生活紧密相连，在西方发达国家，汽车在具名家庭中普及率较高。我国在“九五”期间制定的产业政策中也将汽车工业定位成国家支柱产业之一，2007年国内汽车产量已经达到八百多万辆。一辆汽车内部通常抱愧几十至上百台电机，随着汽车向节能环保等方向发展，包括无刷直流电机在内的高效永磁电机在汽车中具有很广的应用前景。

图1-2 电动叉车用无刷直流电机

2、航空航天用无刷直流电机

利用电机驱动设备代替气动和液压传动装置已成为航空航天工业的一种发展趋势。航空航天电机由于其特殊的应用场合，一般要求所用的电机体积小，结构简单。无刷直流电机的特殊结构特点及其无位置传感器的控制方式，使其在航空航天领域很大可能得到广泛应用，航空航天用无刷直流电机一般采用变负载运行，要求其具有良好的高速控制精度和动态响应速度,典型的用用有陀螺仪与机械臂控制等。他们通过半闭环或者闭环速度反馈进行控制，相应系统一般采用先进控制算法。

部分航空航天用无刷直流电机，

如高速离心泵和高速摄像机所用的电机转速能达到

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每分钟几万转，这是就需要考虑高速旋转运动时对电机机械和电器性能的特殊要求及其解决方法，如高速旋转蒂娜及的轴承问题，可以利用磁悬浮轴承或者无轴承设计来解决。另外航空航天用电源的电压等级和平率大小也与通用电源区别较大，因此对应的无刷直流电机控制系统还必须考虑相应整流电路和变频驱动电路的特殊要求，可利用软开关技术解决高频开关中的噪声和损耗问题来提高系统的综合机械性能。同时，由于航空航天的高可靠性要求，航空航天用无刷直流电机控制系统一般还要求系统设计时采用“陷阱”技术、冗余等特殊手段，以防止软件陷入死循环等故障。

图1-3 航模用无刷直流电机

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3、无刷直流电机在家用电器中的应用

近年来，世界家用电器电子驱动电机以每年30%的增幅发展，现代家用电器正朝着节能、低噪声、智能化和高可靠性方向发展。随着人们生活水平的不断提高，和国家节能减排的日益重视，许多家用电器都开始选用无刷直流电机作为驱动电机。

空调和冰箱作为日常生活的耐用消费品，目前在我国城市中已基本普及，近几年我国空调和冰箱产量一直位居世界第一，空调和冰箱中都有压缩机电机，传统的压缩机用电机通常为异步电机，其效率和功率因数较低，采用变频技术以后，情况有所改善，和异步电机相比，无刷直流电机具有明显的优点：（1）效率高；（2）转速不受电源频率限制，因此额定转速可以设计得较高，有利于压缩机提高容量、减小体积；（3）功率因数高，降低了对逆变器容量的要求，显著改善压缩机的整机性能。

电动自行车用无刷直流电机大多采用多极、外转子结构，其技术已较为成熟。英国的OlexiNano电机公司已成功开发出基于纳米技术的电动自行车用无刷直流电机，其效率高、温升低、舒适度和稳定性好等特点使电动自行车的整体性能有了很大的改善。

图1-4 电动自行车用无刷直流电机

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4、无刷直流电机在办公自动化领域的应用

计算机外设和办公自动化设备用电机，绝大部分为先进制造技术和新兴微电子技术向结合的高档精密无刷直流电机，是技术密集化产品。这种高性能无刷直流电机伺服控制系的采用能大大改善产品的质量，提高产品的价值。如硬盘驱动器用的主轴无刷直流电机可以高速带动磁头盘片旋转，对盘片上的书籍执行读写功能的磁头离盘片表面只有0.1~0.3微米处做悬浮运动，以加快数据读写速度。无刷直流电机也可以作为光盘盒软盘驱动器的主轴电机，该工作环境下，电机具有低噪声、耐低温、耐高温等特点，并能承受一定的冲击和震动。

图1-5 小型直流无刷电机

5、无刷直流电机在工业控制上应用

无刷直流电机控制系统是集有刷直流电机和交流异步电机控制系统优点于一身的机电一体化产品。随着稀土永磁材料及电力电子器件性能的提高和价格的降低，无刷直

流电机驱动系统在工业中的应用越来越多，已成为工业驱动电机的主要发展方向之一。

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国内外著名的电机制造厂商从提高产品性能和降低成本出发，对工业用无刷直流电机驱动系统进行了大量的研究开发。目前，在民用核军用的机器人和机械臂驱动电机应用中， …… 此处隐藏：2804字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……