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基于DSP的无刷直流电机控制系统的研究与设计

作者:时间:2010-11-17来源:网络收藏

引言
近几年来,随着电力电子器件和现代控制理论的迅速发展,无刷直流电动机由于没有接触式换向装置,不存在换向引起的火花,其具有效率高,转速不受机械换向所限制,可维护性强,安全性高等诸多优点,而被人们广泛应用于光驱、智能机器人、电动交通工具等领域。DSP(数字信号处理器)则以其高速的数据处理能力、丰富的内部资源、集成度高和功耗低等特点,已广泛应用在控制领域中。本文提出了一种基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计方案。该设计结合模糊控制方法来实现无刷直流电动机的智能化控制。

1 无刷直流电机的数学模型
根据物理学公式,单根导体在磁场中切割磁力线运动时,所产生的电动势e为:

式中,B为磁场感应强度,l为磁场中导体的有效长度,v为导体垂直于磁力线运动的线速度。在电机中,v与转速n的关系为:

这样,无刷直流电机在运行过程中所感应产生的感应电动势大小为:

式中,E为无刷直流电动机产生的感应电动势;p为电机的极对数;α为极弧系数;W为点数绕组每一相的绕线匝数;ψ为每一极的磁通量;n为电机的转速。
假设无刷直流电动机的绕组采用三相星型结构,定子三相完全对称,空间上互差120°的电角度,三相绕组电阻的电感量参数相同。同时忽略电枢绕组之间产生的互感,电机的气隙磁导均匀,磁路不饱和,并忽略涡流损耗。则无刷直流电动机的数学模型如下:

式中,Va、Vb、Vc分别为三相端压;R为三相绕组电阻;L为三相绕组电感;Ea、Eb、Ec分别为电动机的三相感应电势;ia、ib、ic分别为三相绕组流过的电流。这样,其电磁转矩的表达式可以表示为:

而根据运动学定律。电磁转矩的表达式也可以表示为:

式中,T1为电动机的负载转矩,J为转子的转动惯量,Z为电机转动的阻尼系数。

2 系统硬件设计
2.1 系统总体硬件设计

本系统大致可分为功率驱动部分、DSP控制核心部分、A/D信号检测部分等,图1所示是一个基于DSP的直流无刷电机控制系统的总体硬件系统框图。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/162692.htm


2.2 功率驱动部分设计
图2所示是本文所介绍的三相无刷直流电机的功率变换桥路电路图。图中共使用了6个N沟道的MOSFET功率元件IRF540,可构成三相桥路以作为无刷直流电机的电子换相器,其完成的功能与传统的有刷直流电机的换相器的功能一致。电阻R107作为过电流保护功能的采样电阻。其实是一个小型的锰铜分流器,取值0.01Ω,可保证平时在正常工作电流以及额定启动电流通过电阻时,不会产生大的电压,而当电机堵转、某处短路或者上下MOSFET同时导通短路时,该电阻则可产生大电流,当在此电阻上的压降达到一定程度时,电路可迅速激活过电流保护电路以停止所有MOSFET的工作,同时断开主电路电源,防止事态进一步恶化。


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关键词: 收发器 BLDC

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