[电子系统实验] 基于dsp的方波无刷直流电动机（bldcm）调速系统

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1、实验九基于DSP的方波无刷直流电动机（BLDCM）调速系统一．实验目的1．掌握方波无刷直流电动机（BLDCM）的组成、工作原理及性能特点。2．熟悉DSP控制的（BLDCM）调速系统的组成及工作原理。3．了解无转子位置传感器实现电动机转子位置检测的工作原理、特点与实现方法。4．研究速度调节器采用不同控制方法（PID控制、FUZZY控制以及PID-FUZZY控制），对系统稳态、动态特性的影响；并研究速度调节器采用PID控制时参数变化对系统稳态特性的影响。5．掌握方波无刷直流电动机调速系统的实验研究方法，包括虚拟仪器的使用（注意无上位机时，实验系统无

2、虚拟仪器功能，有关虚拟仪器的取消）。二．实验内容1．熟悉BLDCM实验系统的配置与结构，连接有关线路，组成BLDCM实验系统。2．在有与无转子位置传感器情况下，分别测量电机转子位置信号，并对该两种检测方法进行优缺点比较。3．分别在有与无转子位置传感器情况下，研究电机的起动性能，并进行性能比较。4．对功率晶体管基极驱动波形、电机定子线电压波形、定子电流波形等进行测试。5．对速度调节器采用不同控制方法的系统，进行稳态特性、动态特性研究；并研究速度调节器控制参数改变对系统性能的影响。三．实验系统组成及工作原理永磁式同步电动机以其结构简单、运行可靠，特

3、别是具有其它电机所无法比拟的高效率而得到了人们越来越多的关注。永磁同步电动机可按工作原理、驱动电流和控制方式的不同，分为具有正弦波反电势的永磁同步电动机（PMSM）和具有方波（或梯形波）反电势的永磁同步电动机，后者又称为无刷直流电动机（BLDCM）。基于DSP的方波无刷直流电动机调速系统原理框图如图7—6所示。调速系统由稀土永磁方波电动机PM、电机转子位置传感器、转速传感器（光电编码器，选件）、由功率管构成的逆变器IV以及以DSP（TMS320F240）为核心的数字控制器等构成。系统已配备与上位机通讯的接口和软件，用户选用上位机后，可以方便地在

4、上位机人机界面上进行实验操作、观察和记录实验曲线。9图7—6(a)主电路（b）反电势波形9（c）转子位置与绕组馈电的关系图7—7BLDCM的主电路、反电势波形、转子位置与绕组馈电的关系系统也可工作在无转子位置传感器状态，这时转子位置可通过观测器获得，两种工作状态通过开关K切换。系统可以不选用光电编码器，而利用转子位置信号检测电机的转速。如果用户选用光电编码器，则一方面可以在电机无转子位置传感器情况下进行起动特性研究，另一方面则可以将现有系统扩展成高精度位置伺服系统。BLDCM系统中的逆变器（IV）工作在自控式变频工作状态，即它的输出频率控制不是

5、独立的，而是根据电机转子的位置来决定，只有当转子位置转过一定角度后，逆变器中该导通的功率管才进行切换，使定子合成磁势前进一步，以此循环。随着电机转速的上升，转子转过该角度的时间快了，逆变器功率管切换的频率也高，使定子合成磁势前进的速度也快了，这样，定子合成磁势旋转的速度与转子的旋转速度保持在同步状态，从而不会造成失步，由此可见，转子位置信号的检测是不可缺少的。为了检测转子位置，可以用在电机上安装转子位置传感器的方法，也可以用转子位置观测器的方法（电机上不安装转子位置传感器）。实验系统中，当工作在无位置传感器时，使用的是“反电势法”检测转子位置，

6、它通过检测定子绕组开路相的感应电势过零点，来间接得到转子的位置信号。系统主电路、反电势波形以及转子位置与绕组馈电的配合关系如图7－7所示。在T0时刻，转子d轴位于图c）中D0位置，即转子d轴超前定子绕组A轴的位置为，为产生最大平均电磁转矩，逆变器功率管应为VG5、VG6导通，其余均为关断，即C、B相导通，A相不导通。绕组C、B相中电流流向是：从C端流入，Z端流出，又从Y端流入再从B端流出，如图c)所示。这时，定子的合成磁势为c）中所示，它与转子磁势的夹角为9。设电磁转矩使电机转子按逆时针方向旋转，在t0时转子刚转过，这时d轴与A轴重合，即，A相

7、反电势eA为零。若能测出这个反电势过零时刻，并延迟周期的时间，即在T1时刻，转子已转到D1位置，且定子合成磁势与转子磁势的夹角为，为保证继续产生最大的平均电磁转矩，逆变器功率管必须从VG5、VG6导通改变为VG6、VG1导通。VG6、VG1导通后，定子合成磁势向前转过，从而使两个磁势的夹角又变成，这样转子继续旋转，逆变器功率管不断换流，使定、转子两个磁势夹角始终在～范围内变化。根据对称性，只要能够测出各相绕组反电势的过零时刻并做适当延迟，就可确定方波无刷直流电机的换流时序，保证电机运行在自同步方式。但是，绕组反电势是难以直接检测的，因此采用变通

8、形式如“端电压法”，以A相为例，如上所述，在T0－T1期间，A相不导通，认为A相电压UAn等于反电势eA，那么端电压为UAN=UAn+UnN=eA+U