基于CompactRIO的直流无刷电机控制系统

由公式可以得出，在使用自举电路时应根据所选用的器件的参数以及电路的最低工作频率来确定电容C的最小取值。实际应用中选取的电容值应为理论计算值的两倍以上。

4 软件部分
使用LabVIEW对CompactRIO进行图形化编程。软件设计部分主要包括电机测速模块、控制量计算及脉宽调制模块，时序产生模块。
4．1 电机测速模块
直流无刷电机转速与霍尔信号的频率以及线圈的极对子数的对应关系如下：n=f／p。其中n代表转速，f代表霍尔信号的频率，p代表电机的极对子数。通过测量某一路霍尔信号即可测得电机的转速。
CompactRIO数字I／O获取某一路霍尔信号，测量其相邻两个上升沿之间的时间就可以计算出霍尔信号的频率，进而得到电机的转速，或者通过计算在短时间内获得的霍尔信号脉冲数量。
在需要获得精确转速的情况下，一般使用码盘测速。码盘在电机转动一圈时可以产生几千个脉冲，在如此大数量的采样脉冲下，引起的误差会减小很多。
4．2 控制量计算及脉宽调制模块
电机的转速控制通过脉宽调制来实现。CompactRIO根据转速设定值和实际值之间的误差来计算输出相应的控制量，该控制量经过脉宽调制模块后产生PWM波。PWM波在一个周期内，其高电平的占空比受控制量计算模块输出的控制量调节，控制量越大，高电平的比例越大。
控制量计算模块的核心是PID控制算法。PID算法是工业领域中最常用的控制算法，广泛应用于温度控制、流量控制转速控制等。PID算法的核心是P参数(比例调节)、I参数(积分调节)、D参数(微分调节)，PID控制器的输入参量是过程变量和设置点。这里的过程变量就是实际转速值，设置点就是设定的转速值。PID控制器根据预先设置好的P、I、D参数，利用PID算法计算出一个控制量，该控制量作用于系统后迫使实际转速向着设定转速逼近，最终稳定在设定转速上。PID算法由公式(2)表达：

其中e=SP-PV，SP是设定点，PV是过程变量；KC是控制增益，代表比例调节作用；Ti是积分时间，代表着积分调节作用；Td是微分时间，代表着微分调节作用。
4．3 时序产生模块
直流无刷电机正常旋转时需要在绕组线圈中按照一定时序注入电流，线圈电流方向的改变是通过改变三相输出端的极性来实现的。因此在不同的霍尔信号下，需要输入相对应的控制信号(见表1)。A、B、C分别为电机的霍尔信号。AH、AL、BH、BL、CH、CL分别为三相控制信号。电机的转速是通过PWM波的脉冲宽度的大小来控制的。具体实现方法是，在CompactRIO中将脉宽调制波与电机的下桥驱动信号在逻辑上“相与”。图4是根据电机时序确定的控制信号图，图5是经PWM波调制后的控制信号图。