无刷直流电机双闭环控制系统的设计与实现.docx

第 10 卷第 2 期 2017 年 6 月  西 安职业 技术学 院学报 Journal of Xian Vocational and Technical College  Vol. 10 No. 2 Jun 2017 无 刷直流 电机双 闭环控 制系统 的设计 与实现 杨晨娜 （西安职业技 术学院 机电 工程系 ，陕西西安 710077） 摘 要:在 工业自 动化生 产领域 ，好的执行 机构、 驱动控 制系统 决定了 控制系 统的主 要性能 .从对 电机的 选择、 控 制系统 、控制算法 、软件设计 等方面 阐明设 计思路 .最终 通过实 验表明 ：无刷 直流电 机双闭 环控制 系统具 有较强 的抗干 扰能力 ，系统可靠 性高. 关 键词： 无刷 直流电 机:双 闭环： 抗干扰 中图 分类号 :TK323 文献标 识码： A 文 章编号 ：（2017）02-41 -04 1 电 机选择 在工 业自动 化生产 过程中 ，为了 保证执 行机构 按照预 定的速 度和轨 迹运行 ，并完成 一系列 复杂的 操作， 需要 较好的 执行机 构配合 驱动控 制系统 来实现 .运动 控制系 统对电 机的性 能要求 有:快 速性、 调速范 围宽、 力矩波 动小、 低速运 转平稳 、起动 转矩惯 量比大 、过载 能力强 、可靠性高 等等. 电机 的种类 有很多 ，在运动控 制系统 中常用 的有交 直流伺 服电机 、步进电机 、永磁 同步电 机等. 各种电 机性能 ，如表 1 所示. 表 1 三类 电机性 能比较 无刷直 流电机 是一种 方波电 流驱动 交流伺 服电机 ，从表 1 中可 以看出 无刷直 流电机 具有可 靠性高 、干扰 小 、过载 能力大 、体积小 、机械 特性硬 、动态 特性好 等一系 列优点 [1] .在 工业 领域逐 步替换 交流变 频系统 ，尤 其在需 要高精 度定位 、高速度运 行的工 业环境 中发挥 着重要 作用. 2 无刷 直流电 机双闭 环系统 在单 速度闭 环控制 系统中 ，只有 在转速 负反馈 中加人 调节器 .虽然 能够保 证动态 稳定性 ，又能 消除静 差 .但 是在突 加给定 启动时 ，不能很理 想的控 制电流 的动态 波形， 对扰动 的抑制 能力也 较差. 因此 ，考虑在单 速度 闭环控 制系统 中再加 人电流 负反馈 调节器 ，成为双闭 环控制 系统. 从而实 现在启 、制动过 程中始 终保持 收 稿日期 ：2016 -07 -05 作者 简介: 杨晨娜 （1982 - ），女，浙江台州人，西安职业 技术学 院机电 工程系 讲师，硕士. ? 41 ? 杨晨娜 无 刷直流 电机双 闭环控 制系统 的设计 与实现 最大电 流不变 电机 用最短 的时间 最 快的速 度启动 当电 机速度 达到设 定值后 再 快速减 少电流 达 到电磁 转矩与 负载转 矩相当 电机平 稳运转 [2]. 无 刷直流 电动机 转速控 制系统 由两部 分构成 分别为 电流环 与转速 环 如图 1 所示. 外环为 转速环 ，内环为电流环. __ 转 速计算 h A 光电 编码器 I * 参 考转速  参考 j rw 磁极位置检测 h- 电流 转 速调节 器电流 调节器 KHPVUfeifl H 三相 逆变器 f 霍尔传 感器  无刷直流电机 I电流检测 1 图 1 无刷 直流电 机转速 控制系 统框图 参考 转速也 就是设 定转速 值与通 过采样 回来的 转速形 成偏差 通 过转速 调节器 得到相 应的参 考电流 值 伺时 该 值与采 用回来 的电流 值形成 偏差后 经过电 流调节 器修改 PWM 的 占空比 提供给 控制三 相逆变 器 去控制 无刷直 流电机 .采样 电流值 为流过 三相逆 变器下 端的精 密电阻 ！的电流 而 采样转 速值通 过在固 定时间 间隔期 采样 周期） 获得 光电编 码器反 馈的脉 冲数计 算电动 机的实 际转速 .转速 环和电 流环的 作用是 不 一样的 分 别用于 调节速 度值和 电流值 .从 图中可 以看出 转速 调节器 的输出 也是电 流环的 输人. 为了获 得良好 的动静 态特性 双闭 环系统 的转速 调节器 ASR 和电流 调节器 ACR 都采用 PI 调节器 [1]. ASR 的输出 限幅值 决定了 ACR 给定 电压的 最大值 ACR 的输 出限幅 值限制 了输出 电压的 最大量 [3]. 电流环 的 输出是 PWM 波 通过电 流调节 器改变 PWM 信号的 占空比 来修 改输出 电压和 电流的 大小. 设加在 电机上 的电 压为” 供 电工作 电压是 max 则 PWM 信号的 占空比 ！的大小 近似为 ： 结 合无刷 直流电 机模型 和无刷 直流电 机转速 控制系 统控