无刷直流电机双闭环控制系统研究

摘 要利用双闭环控制系统实现无刷直流电机控制具有独特优势速响应和矩响应快、精高、稳定性高。

有效提高电机效率能很满足实际生产要。

对双闭环控制系统功率器件、主逆变电路、控制器、电流检测子位置及速检测、保护电路等部分所起作用、原理及选择依据进行了深入分析探讨实现无刷直流电机控制实际方案提供了设计依据及指导。

关键词双闭环控制；无刷直流电机；图分类B 献标识码 编67398（03）0790传统直流电机利用换相器及电刷换相电刷易磨损并产生火花维修困难制造成高限制了它应用。

随着电力电子技术发展及规模集成电路普及无刷直流电机应用打下了坚实基础。

无刷直流电动机具有控制灵活、调速性能、启动矩、能力强、无换向火花、无励磁损耗等优。

又有传统直流电机输出矩、功率密高、控制简单等特。

由技术进步永磁材性能幅提高、制造成下降使得无刷直流电动机应用领域迅速扩展。

而双闭环控制系统具有精高、稳定性、速响应和矩响应快等优因双闭环控制无刷直流电机具有独特优势能很满足实际生产要近年成研究热。

双闭环控制系统功率器件功率开关器件是无刷直流电机换相重要部件因对功率开关器件选择非常重要。

功率场效应晶体管是电压控制单极型器件具有关断能力驱动功率开关速高安全工作区宽等特因功率场效应晶体管逆变电路广泛用作开关管。

根据以上分析采用功率作功率开关器件。

双闭环控制系统主逆变电路无刷直流电机按结构分三相、四相绕组等。

驱动电路由半桥驱动和全桥驱动构成。

全桥驱动电机绕组通常星形和三角形连接。

连接方式不结合将产生不样控制性能性能差异主要基以下因素（）矩脉动产生般而言无刷直流电机矩脉动较传统直流电机而实际应用很矩脉动会使系统产生抖动。

而全桥驱动电路相对半桥驱动电路而言矩脉动更。

（）绕组实际利用率提高无刷直流电机电枢绕组实际运行供电是断续进行改进绕组利用率可有效减等效电阻终提升系统整体效率。

从以上分析可知全桥驱动较半桥驱动具有很明显优势理论上三相绕组利用率较四相绕组高理四相较五相利用率高。

也就是说随相数降低利用率升高。

（3）成分析全桥驱动电路所开关管总数量是半桥驱动两倍左右电机绕组相数增多电机制造成就越高。

从以上综合分析角考虑三相星形全桥驱动综合性能指标优。

3 双闭环控制系统控制器控制器是无刷直流电机控制枢对控制器选择要考虑以下方面控制器效率高、易维护、可靠性移植性强。

（）专用芯片选择无刷直流电机专用控制芯片很多比如摩托罗拉33035芯片这种芯片是某种控制用途而专门设计。

控制围有很局限性。

若采用类芯片当电机结构改变不能达到理想控制效。

（）单片机动控制系统单片机应用极其广泛。

单片机种类很多而5系列、、VR系列应用多。

对无刷直流电机控制由单片机身速限制。

主逆变电路由单片机输出速不够高因会矩脉动很精控制也达不到要。

（3）数信处理器（）通常采用哈佛结构进行设计。

该结构特是计算机具有独立数据及程序存储空。

因可以执行取数据和取指令数据吞吐率及系统运算速都幅提高。

具有片丰富、数据处理能力高效实现了具有超调量、响应速快特无刷直流电机双闭环控制系统。

硬件乘法器作用是可以单周期完成取操作数并相乘把结存储累加器。

特殊指令也极改善了系统性能有丰富片外设。

通实现电机控制可有效降低系统成。

外具有如下突出优（）l存储容量l存储空般3KB以上甚至达到8KB进行外部扩展。

（）速快目前无刷直流电机控制绝多数是控制技术通常频率设50kz高性能控制算法般要6000μ完成而单片机通常难以难满足要就能很适应要。

（3）软件设计更加灵活软件程序设计功能不断增强而语言及汇编语言合编程也使得开发出系统更灵活多样。

基以上分析数信处理器比较适合作电机控制央控制单元。

双闭环控制系统电流检测电流是速电流双闭环控制系统非常重要参数。

电流环采用可使系统快速启动性能得到提高通反馈电流值对系统运行状态进行监控。

般对电流检测有两种方法（）电阻采样法对电阻两端电压信进行采集并通信调理电路进行处理。

方法具有易实现成低电路简单特存不足是抗干扰能力差精不高难以工业场合应用。

（）霍尔传感器该电流检测元件是国外工业控制领域所通用。

具有高精确、高线性、高集成、体积、稳定性高特。

不足检测成较采样电阻法高。

由对系统电流检测至关重要所以霍尔电流传感器检测法是佳选择。

5 双闭环控制系统子位置及速检测双闭环控制系统子位置检测器是无刷直流电机重要部件它主要功能是首先对电机子位置检测借助检测子位置值输出波进行换相；其次由反馈位置信计算出速值。

速检测是速闭环控制核心部分。

对速检测控制系统要达到灵敏高精优、稳定及可靠性能。

了扩调速围及改善低速稳定性测速元件必须输出稳定纹波、线性信。

尤其低速测速准确性显得更关键对系统而言若检测速信准确性差无论面怎么控制都不可避免存较误差。

通常测速方法采用模拟测速和数测速两种方式。

数测速噪声低、分辨率高更有利进行高精直流电机控制。

6 双闭环控制系统保护电路系统保护电路分欠压、流保护。

（l）欠压保护主要基软件控制实现。

通采集母线电压值换及处理与给定阈值比较然采用电阻分压对主电路直流电压再采样分压得到合适值输入控制器换电路。

对值进行监测比较。

若采样电压低阈值将输出引脚控制高阻态关闭信输出保护逆变电路和电机。

（）流保护作用是电机运行异常切断电流避免电流对功率开关管和电机产生损害。

尤其是当系统堵产生电流极易损毁开关管。

流保护电路设计原理是电流检测电路上添加了由运放构成比较器电路。

工作首先将电流检测电路检测到电流信进行滤波再借助比较器电路比较检测电流值和给定值般情况下电流值信处理器03V因将电流比较给定值设置3V。

正常电流不会超值比较器输出“”；异常比较器输出“0”并且将该信传递到断接口立即对电机进行保护。

7 结束语对无刷直流电机双闭环控制系统功率器件、主逆变电路、控制器、电流检测子位置及速检测、保护电路等部分所起作用、原理及选择依据进行了深入分析无刷直流电机采用双闭环控制系统实现动控制实际方案提供设计依据及指导。

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