dsp理念之无刷直流电机运动控制体系概述

《dsp理念之无刷直流电机运动控制体系概述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、DSP理念之无刷直流电机运动控制体系概述1绪论1.1引言近年来，电动机在现代化的生活和生产中起着不可替代的作用，它是人们依靠磁场把电能转换为机械能的工具。无论是在我们日常日常生活中的家用电器，还是在办公设备与商务、医疗卫生、航天航空、国防、交通运输以及工农业生产中，电机都占据着非常重要的位置。根据研究人员的统计结果，电动机提供世界上90%以上的动力，同时消耗着70%的电能。因此，电机是人们日常生活不可缺少的一部分。目前，使用的电动机主要有三种类型：直流电机、同步电机、异步电机。随着制造技术的不断发展进

2、步，容量可以做的很小，容量小到毫瓦级的电机早已在日常生活中被使用。也有大容量的电机，其在大型工程应用中可以达到上万千瓦。在稀土永磁材料和电力电子制造和应用技术的快速发展中，同步电机的结构也发生了变化。正弦型无刷直流电机就是一个种，其直流励磁被永磁体材料的转子所取代。它的动态性能较之前的直流励磁电机大大的提高，而且有很高的定位精度。但是它有其不足之处：较差的启动性能而且位置传感器需要价格高的高精度码盘，使其不能应用在一些特殊场合。异步电机结构特点是：运行可靠、低廉的成本、简单的结构。但是它的不足之处是其

3、较差的调速性能，虽然现在也有在它上面运用先进的控制算法的，如直接转矩控制和矢量控制，但是它的转子和定子的电气参数依赖其调节的方式。同时电机的这些调节参数在其运行时也是时变的，而且不太容易被观测I1840以后产生了直流电动机，它有着许多优点：调速性能好、运行效率高、控制原理也很简单、调速范围较宽，此外其启动性能较好，且具有相当好的线性机械特性。在以后较长的时间里，起着不可替代的作用。然而传统的电动机存在一些缺点：维修困难、制造成本高、寿命短、容易受到无线电的干扰、存在换相火花以及噪声污染因此，传统的电机

4、应用范围十分有限。之所以存在上述缺点是因为传统的电动机都是依靠换相器和机械电刷，换相是采用机械的方法进行的。这样出现了一些问题：换相器与机器电刷之间是物理接触，不可避免的造成机械摩擦。此外，传统无刷直流电机的调速性能和调速精度受到影响的原因在于电机釆用机械换相引起了换相时接触电阻的变化。为了解决以上诸多问题，人们发明了新的直流电机，它采用电子换相取代机械换相的无刷直流电机[4]。永磁无刷直流电机的基本结构如下：转子上安装的一般是稀土永磁磁体，定子采用交流绕组代替转子上的直流绕组，去掉了换向器和电刷，采

5、用电力电子器件换相[5]。先进的控制技术和传感器技术以及新型电力电子制造技术的不断发展,再加上出现了不少的新型永磁材料，并且电机的制造加工工艺也有了很大提高，无刷直流电机作为一种电机和电子一体化的高新技术产品，它以较高的控制精度和效率，还有较小的转动惯量和体积，同时重量也轻，并且还没有失去过去的直流电机的优良机械特性等优点，也快速的得到了广泛的应用然而现代工业的快速发展对无刷直流电动机控制系统的性能要求不断提高，传统的PID控制系统已经不能很好的满足调速性能要求。由于模糊控制系统的鲁棒性强，其调速性能

6、也不容易受参数变化和干扰的影响，对纯滞后时变及非线性控制系统非常适合。本文结合传统的PID闭环控制，采用模糊:PID控制策略，构建DSP高速微处理器为核心的无刷直流电机数字控制系统，实现PID参数在线调整。这个系统可以适用无刷直流电机这样复杂的具有多变量、强稱合、非线性、时变等特点的系统[7]。对要求具有响应速度快、调节能力强、控制精度高的伺服运动控制系统具有十分的重要意义。1.2无刷直流电机研究现状和趋势稀土永磁无刷直流电机自问世以来，在世界上得到了迅速发展，特别是在欧洲和美洲一些发达国家和円本等国

7、，其产值每年都以超过10%的速度快速增长。电动汽车在世界各个国家的发展情况也表明无刷直流电机己经达到非常实用的阶段。H前，国内外对无刷直流电机（brushlessDCmotor,BLDCM)的定义一般有两种：一种定义认为只有梯形波/方波无刷直流电机才可以被称为无刷直流电机，而弦波无刷电机则被称为永磁同步电机（permanentmagsynchronousmotor,PMSM)；另一种定义认为梯形波/方波无刷电机和正弦波无刷电机都足无刷直流电机。但迄今为止，还没有一个公认的统一标准对无刷直流电机进行准确

8、的分类或者定义。本文将采用第--种定义，把具有串励直流电机启动特性和并励直流电机调速特性的梯形波/方波无刷直流电机称为无刷直流电机[S]。具有效率高、出力大和结构简弟等特点的无刷直流电机在其二十多年的发展历程中，无刷直流电动机运动控制系统已在运动控制领域取得了广泛的应用。已在办公自动化、家用电器、汽车电子、精密机床、工业过程控制、机器人、航空航天和国防等领域中的应用取得了非常重要的作用。2无刷直流电机系统基本结构和原理本章主要介绍无刷直流电机是怎么把电能