数字pid算法在无刷直流电机控制器中的应用

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1、数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用

2、第1　数字PID算法在无刷直流电机控制器中的应用谢世杰，陈生潭，楼顺天（西安电子科技大学　电子工程学院　陕西　西安　710071）摘　要：在分析了无刷直流电机闭环速度控制方案的基础上，针对PID算法在无刷直流电机应用中出现的种种问题，给出了相应的解决方法，提出了非线性变速积分PID算法，成功地解决了在低采样周期时PID算法的积分饱和问题。关键词：无刷直流电机；P；PID；单片机Applicationof　Digital　PID　AlgorithmsinB

3、rushless　DC　MotorXIEShijie，CHENShengtan，LOUShuntian　（CollegeofElectronicEngineering，XidianUniversity，Xi′an，710071，China）Abstract:Closed-loopspeedcontrolschemeofthebrushlessDC(BLDC)motorisanalyzed.Thequestionstheintegralsaturationof　PIDalgorithmunderth

4、eloplingfrequency．Keyotor；P；PID；singlechipputer直流电机具有良好的调速性能，如无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等。无刷直流电机由于采用电子换向，P调速，在进一步提高直流电机性能的同时又克服了直流电机机械换向带来的一系列问题，从而大大延长了电机的使用寿命，近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人等领域。1　无刷直流电机的速度控制方案对无刷直流电机转速的控制即可采用开环控制，也可采用闭环控制。与开环控制相比，速度控制闭环系统的机械

5、特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比，其性能大大提高；理想空载转速相同时，闭环系统的静差率（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多；当要求的静差率相同时，闭环调速系统的调速范围可以大大提高。无刷直流电机的速度控制方案如图1所示。无刷直流电机控制器可采用电机控制专用DSP（如TI公司的TMS320C24X系列、AD公司的ADMCxx系列），也可采用单片机＋无刷直流电机控制专用集成电路的方案。前者集成度高，电路设计简单，运算速度快，可实现复杂的速度控制算法，但由于DS

6、P的价格高而不适合于小功率低成本的无刷直流电机控制器。后者虽然运算速度低，但只要采用适当的速度控制算法，依然可以达到较高的控制精度，适合于小功率低成本的无刷直流电机控制器。摩托罗拉公司的第二代无刷直流电机控制专用集成电路MC33035，集成了转子位置传感器译码器电路、脉宽调制电路（P）、功率输出驱动电路、限流电路，可以实现无刷直流电机速度开环系统的全部控制功能。系统中采用了一片MC33035、一片低成本的单片机AT89C2051、串行输入A／D、串行输出D／A以及由MOSFET型场效应管组成的功率

7、驱动电路，无刷电机控制逻辑和保护由MC33035完成，单片机用来完成转速设定值的获取、转速反馈的实时采样以及速度控制算法的实现。闭环速度调节器采用比例积分微分控制（简称PID控制），其输出是输入的比例、积分和微分的函数。PID调节器控制结构简单，参数容易整定，不必求出被控对象的数学模型，因此PID调节器得到了广泛的应用。PID调节器虽然易于使用，但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意：PID调节器易受干扰、采样精度的影响，且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。所以，在不

8、影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进，关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。2　速度设定值和电机转速的获取为在单片机中实现PID调节，需要得到电机速度设定值（通过A／D变换器）和电机的实际转速，这需要通过精心的设计才能完成。无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器（通常是霍尔传感器）信号得到，在电机转动过程中，通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。