多轴永磁无刷直流电机运动控制系统研制

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1、电气传动和自动控制《电气自动化92010年第32卷第1期ElectricDrive＆AutomaticControI多轴永磁无刷直流电机运动控制系统的研制DevelopmentofMulti—axisMotionControlSystemwithPerma·nent-magneticBrushlessDCMotorBasedonDSPandFPGA山东大学控制科学与工程学院(济南250061)高芳红刘锦波(ShandongUniversity,JinanShandong250061，China)GaoFanghongLiuJinbo摘要：在简

2、要介绍了'永磁无驯直流电机(BLDC)的运行原理和调速方式的基础上，提出了一种新颖的采用单一DSP实现多轴BLDC运动控制系统结构，斤借助于DSP和FPGA和三台400W的永磁BIDC成功地实现了该系统。与传统的多轴运动控制系统是由多个单轴运动控制系统相比，该系统结构具有结构简单、紧凑接线较少等特点，特别适用于小型、多轴控制设备如视频检测机、家庭机器人等。样机实验结果表明：该系统具有良好的动、静态性能。关键词：多轴运动控制系统永磁无刷电动机数字信号处理(DSP)现场可编程门极阵列(FPGA)Abstract：Introducingoperat

3、ionprincipieandspeed—adjustingmethodofpetnlanentmagneticblushlessDC(BLDC)nlotor，thispaperproposesanewconfigurationofnmhi—axismotioncontrolsystembasedO0permanentBLDCmachine．Andapl‘ototypeisdesignedbymeansofDSP，FPGAandthreePermanentBIDCnlotorswithnominalp‘)welat400W．Comparedt

4、otraditionalmulti—axismotioncontrolsystem，thissystemisoffeaturesofsimpleconstruction，compactuiresconnection．SOitisapplicabletomanysmal1．muhi—axisequipmentssuchasvisioninspectionmachine，homerobots．Expe,‘imcntsofthepl‘ototypeshowgoodsteady—slate，dynamicperformanceofthisconfig

5、uration．Keywords：nmhi—axismotioncontrolsystempermanent—nlagell(ti(}1IushlessI)Cmolordigital—signal—proccssolfDSP1field—plogrammable—gate—array(FPGA)【中图分类号】TP921，5f文献标识码lAI文章编号】1000—3886(2Ol0)O1—0023—041引言同步电动机运动控制系统作为先进制造领域内汁算机数控技术(CNC)中的一个核心组成部分IF存发挥着越来越的作用无沦j‘业机器人、精密加工还足在

6、料机械、化工、轧钢等领域到处都能看到运动控制系统的使用。同时人们对运动控制系统的性能指标也提出了更高要求。除PID以及基于极点配置的线性控制策略外，各类新型非线性控制策略的提出也为满足这一要求提供了发展空电流间1。高性能的DSP、FPGA以及各类新型高速电力电子器件和PWM技术的出现为这些控制策略的实时实现提供了可能。图l单轴永磁无刷直流电动机的系统组成本文对由永磁无刷直流电机(BLDC)组成的多轴运动挖制系统进行了研究。传统的多轴运动控制系统多采用多个运动控制系图1为单轴永磁统组合组成。这种结构体积较大、接线复杂、从而带来设备的可靠BIDC

7、电机的系统组成框图。图1中逆变性降低。为此，本文提出了一种新的多轴运动控制系统结构。其每器采用“导通型”开关台电机是通过同一DSP控制的，多台逆变器便于集中。除此之外，多轴运动控制系统的编码器以及BIDC电机的霍尔元件也由该规律，通过对逆变器DSP统一处理，因而大大简化了结构和系统接线，提高了系统的可中的三只共射极的靠性。这种结构的多轴运动控制系统可广泛应用于多轴小型设备IGBT开关管进行如视频检测机、小型机器人等。PWM控制，实现永磁BLDC电机的调压调2多轴永磁BLDC电机的运动控制系统构成速。其相应的稳态机2．1单轴永磁BLDC驱动系统

8、的组成、调速原理与机械特性可以用下式表械特·眭示为：图2永磁无刷直流电动机在不同占空比下的机械特性ElectricalAutornationI23《电气自动化}20