无刷直流电机调速系统控制策略.doc

无刷直流电机调速系统控制策略无刷直流电机调速系统控制策略无刷直流电机工作原理无刷直流电机工作原理无刷直流电动机由定子绕组、永磁转子、逆变器、转子磁极位置检测器等组成其转子采 用永久磁铁，进行特殊的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场定子采用整距集中绕组， 通过功率控制器控制各项绕组的通断状态以供给电机方波电流驱动电路驱动电路逆逆变变器器 图中 V1－V6 为六个 MOSFET 功率管，起绕组开关作用，通过控制电路中开关的通断来控 制电流的流向上桥臂的三个开关管V1、V13、V5是P沟道功率MOSFET，栅极电位低电平时导通；下桥臂三个开关管V2、V4、V6是N沟道功率MOSFET，栅极电位高电平时导通这些开关管的通断通过位置检测电路获得的转子位置信号，由内部逻辑来控制D DC C 2 24 4V VV V4 4V V1 1V V3 3V V6 6V V5 5V V2 2A AC CB B图图1 1. .直直流流无无刷刷电电机机驱驱动动电电路路逆逆变变电电路路开开关关管管的的导导通通方方式式 对于如图1所示逆变电路开关管的通断，其控制方式有两种：二二导通和三三到导通方式 所谓三三导通方式，是指在任何一个瞬间有三个开关管同时导通，各开关管的导通顺序为： V1V2V3--V2V3V4--V3V4V5--V4V5V6--V5V6V1--V6V1V2，如此循环。

可见，在每个周期的六个 状态当中，每个开关管连续有三个状态是导通的，也就是说，每个开关管导通180o电角度所谓二二导通方式，是指在任何一个瞬间有二个开关管同时导通，各开关管的导通 顺序为：V1V2--V2V3—V3V4—V4V5—V5V6—V6V1，如此循环可见，在每个周期的六个状 态当中，每个开关管连续有两个状态是导通的，也就是说，每个开关管导通1200电角度 可见，在三三导通方式下，每对上下连接的开关管导通无时间间隔，这样的话，如果有一 个管子的关断稍微延迟，就会发生短路，电源和开关管都有可能烧坏：而在二二导通的方式下，每对上下相连的开关管的导通有60o电角度间隔，在这60o电角度中，上下两个开关 管都不导通，这样就不可能发生短路现象另外，二二导通三相六状态工作方式恰好可以 跟永磁转子的方波气隙磁场对应，产生最大磁力，转矩平稳性好因此，在实际应用中，在实际应用中， 多采用二二导通三相六状态工作方式多采用二二导通三相六状态工作方式 定定子子旋旋转转磁磁场场与与永永磁磁转转子子的的关关系系 当转子处于图3（a）位置时，功率开关V1、V2导通，电流从A相流入，C相流出此时AC两 绕组电流产生的合成电枢磁动势Fa与磁场Br之间的夹角为1200电角度，两者互相作用产生 电磁转矩，该转矩使转子逆时针方向旋转。

随着转子的转动，转子磁场Br与定子磁动势Fa 之间的夹角逐渐减少当转子磁极旋转到定子磁动势Fa与转子磁场Br之间的夹角为60o电角 度时，定子绕组开始换流，由V1、V2导通变为V2、V3导通，此时定子磁动势Fa跳跃前进 60o电角度变成图3（b）中所示的位置，定子磁动势Fa与转子磁场Br之间的夹角又变成120o 电角度，依次类推，由位置传感器提供转子位置信号，每隔六分之一电周期，功率开关切 换一次，使电机电流所产生的定子磁动势Fa跳跃前进60o电角度，进而使转子旋转起来各 功率管的导通顺序是V1V2--V2V3—V3V4—V4V5—V5V6—V6V1图图2 2. .三三相相全全桥桥的的六六种种通通电电情情况况示示意意图图A AB B’’C C A A’’B BC C’’N NS SA AB B’’C C A A’’B BC C’’N NS SA AB B’’C C A A’’B BC C’’N NS SA AB B’’C C A A’’B BC C’’N NS S A AB B’’C C A A’’B BC C’’N NS SA AB B’’C C A A’’B BC C’’N NS S( (a a) )( (b b) )( (c c) )( (f f) )( (e e) )( (d d) )B Br rF Fa aB Br rB Br rB Br rB Br rB Br rF Fa aF Fa aF Fa aF Fa aF Fa aF Fa a: :合合成成电电枢枢磁磁动动势势 B Br r: :转转子子磁磁场场位置传感器位置传感器转子位置传感器是检测位置，并向控制器提供位置信号的一种装置。

根据工作原理的不同， 常见的位置传感器有磁敏式、磁电式、光电式、机电式、接近开关等本文所采用的霍尔 元件属磁敏式位置传感器，其基本原理为霍尔效应和磁阻效应目前，常见的磁敏传感器 有霍尔元件或霍尔集成电路、磁敏电阻器及磁敏二极管等多种 霍尔位置传感器和电机本体一样，也是由静止部分和运动部分组成，即位置传感器定子和 位置传感器转子其转子与电机主转子一同旋转，以指示电机主转子的位置，既可以直接 利用电机的永磁转子，也可以在转轴其它位置上另外安装永磁转子定子是由若干个霍尔 元件按一定的间隔，等距离的安装在传感器定子上，以检测电机转子的位置带位置传感器的无刷直流电机工作原理框图带位置传感器的无刷直流电机工作原理框图直直流流电电源源电电子子开开关关电电路路电电动动机机位位置置传传感感器器图图3 3. .无无刷刷直直流流电电机机原原理理框框图图参考文献： [1]杨浩. 无刷直流电动机运动控制系统的设计[D]. 武汉理工大学 ,2007. [2]侯磊. 无位置传感器无刷直流电机调速系统的研究[D]. 山东大学,2007. [3]胡宝兴. 基于 DSP 的电动自行车用无刷直流电机控制系统的研究[D]. 浙江工业大学,2005. [4]荆涛. 无位置传感器无刷直流电机调速系统研究[D]. 西北工业大学: ,2005. [5]胡亚山. 数字式双余度电动舵机伺服放大器研究[D]. 西北工业大学: ,2005. [6]赵文华. 基于 DSP 技术的永磁无刷直流电机控制系统研究[D]. 哈尔滨工程大学: ,2002. [7]万诚. 用 ST72141 实现无刷直流电机的控制[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2003(10)：47- 49BLDCM 数学模型数学模型[1]戴莹. 基于 BP 神经网络的无刷直流电机 PID 控制方法的研究[D]. 合肥工业大学: ,2007. [2]张祺. 基于 dSPACE 的永磁无刷直流电机驱动控制系统设计与开发[D]. 电子科技大学: ,2007.。