无人水下航行器用双转子无刷直流电机的控制.pdf

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1、无人水下航行器用双转子无刷直流电机的控制张力，季小尹，张克涵(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)ControlofDoubleInverseRrotorsBrushlessDCMotorinAutonomousUnderwaterVehicleZHANGLi，JlXiao—yin，ZHANGKe—han‘(SchoolofMarineEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：根据无人水下航行器的任务特点，研制出下航行器的主要目标j。无位置传感器的双转子对转无刷直流电机推进动

2、力本文以一种探测和救援的多用途无人水下航行装置。介绍了无刷直流电机利用专门设计的转换电器试验平台为应用对象，研究以无刷直流电机构成路，直接检测电机绕组线电压获得功率管驱动信号的推进动力装置，要求该无刷直流电机既适应螺旋的方法，研究了无位置传感器无刷直流电机的起动桨负载特性，又具有较宽的高效率区域工作范围。方法，通过样机实验验证了系统设计的合理性。该水下航行器采用同轴心的双螺旋桨对转推进方关键词：无人水下航行器；无刷直流电机；控制；式，即2个螺旋桨以相反的方向旋转，其无刷直流电起动机的结构是双轴输出，采用定子和转子分别推动一中图分类号：TM33个螺旋桨的形式，即电机的定子不再固定

3、，成为旋转文献标识码：A的“定子”，若采用普通无刷直流电机的控制方式，就文章编号：1001—2257(2012)O5—0024—03需要2套转子位置传感器才能检测计算转子和“定Abstract：Astothespecificassignmentautono—子”的相对位置，电机和控制系统较复杂。本文是采mousunderwatervehicle，itspushingmomentum用无位置传感器技术，且通过专门设计的转换电路devicewhichusesensorlessdoubleinverserotors直接检测电机绕组线电压的过零点获得换相时刻，brushlessDCmo

4、torisdeveloped．Themethod避开了双转子位置的检测，不仅有效地解决了双螺whichuseadesignedspeciallyconversioncircuit旋浆对转负载应用的无刷直流电机控制问题，而且measuringthelinevoltageofmotor’Swindingdi—缩短了电机的轴向尺寸，节省了应用空间。rectlytOachievethepowertubes’drivingsignalisl控制系统硬件设计introducedinthispaper，themethodofsensorlessbrushlessDCmotor’Sstartu

5、pisalsostudied．Itis1．1控制系统构成showedthatthedesignisrationalbyprototypetri—控制系统的原理如图1所示，主要由电源、保护alofabrushlessDCmotor．电路、驱动和逆变电路、光耦隔离电路、转换电路、复Keywords：autonomousunderwatervehicle；杂可编程逻辑器件(CPLD)及DSP(TMS320F2812)brushlessDCmotor；control；startup等组成。由DSP的串行通讯接口(SCI)接收上位机的运行指令，并将电机的实时转速、电流等运行信息传递给上位

6、机。0引言近年来，各种水下航行器在海洋勘探测量、救援打捞、军事探测和反水雷等诸多领域发挥着巨大的作用，也促使世界各国更积极的探索和发展无人水下航行器，并且把发展无人水下航行器作为发展水收稿日期：2011—12一O2图1控制系统原理·24·《机械与电子92012(5)无人水下航行器用双1．2设计思想如图4所示，转换电路主要由滤波、整流、运放、光耦在无位置传感器的控制中，目前应用较多的是及电阻等器件组成。三相绕组信号先分别滤％波、以‰反电势法，反电势法的关键就是如何精确得到电机整流为参考点，同时由运放比较和光耦隔离成为高绕组反电势的过零点。通常的反电势法是需要电机电平为5V的D，E

7、，F3路过零位置信号，再将该3绕组中点或采用电阻模拟中点]，前者要求电机本路信号输入至CPLD进行相移调节和逻辑变换，成体为三相四线制，后者利用电阻模拟中点，是一种间为控制电机绕组导通的功率管驱动信号。接检测相电压获得反电势的过零点，该间接方法不V易实现精确控制。提出一种直接检测电机绕组线电压的过零点来获得功率管驱动信号的方法。图2是逆变桥功率管与电机绕组的对应连接图。ABC图2功率管与电机绕组连接图3是电机绕组线电压的过零点与逆变桥6个功率管驱动信号的对应关系图。研究表明，无刷直流电动机运