直流電機全數字式控制(一)

目       錄

一、引言…………………………………………………………………………2

二、三閉環控制策略……………………………………………………………2

（一）電流環設計………………………………………………………………3

1、直流無刷電機的數學模型 ………………………………………………3

2、功率驅動器的數學模型 …………………………………………………4

3、電流反饋與濾波環節的數學模型 ………………………………………4

4、電流調節器的數學模型 …………………………………………………5

（二）速度環設計………………………………………………………………6

（三）位置環設計………………………………………………………………6

三、系統軟硬件設計實現………………………………………………………6

（一）系統硬件設計……………………………………………………………6

（二）系統軟件設計……………………………………………………………8

四、實驗結果及分析……………………………………………………………10

五、結　論

參考文獻…………………………………………………………………………10

一、引言

    無刷直流電機具有體積小、無火花、轉矩高、調速性能好、可靠性高等優點［１］，在工業控制、軍事對抗等領域有著廣泛的應用。目前無刷直流電機伺服技術的研究主要集中在控制電路的選用、控制策略的優化、轉矩波動的抑制

等方面。傳統的無刷直流電機控制電路歷經了從模擬電路控制到單片機控制的過程［２］，但它們存在運算精度低、處理速度慢、集成度和抗干擾能力差等缺點，目前已經被高性能的專用數字信號處理器（DSP）所取代，DSP集成了豐富

的外設資源，運算速度快，可以處理復雜的控制算法，已成為電機控制首選的核心處理器。傳統的無刷直流電機控制系統多采用位置環和速度環的雙閉環控制結構，這種結構往往對電機力矩波動的影響考慮不足［３］，導致系統易受擾動干擾，難以滿足伺服系統對控制性能的要求，而電流環的引入可以加快系統的動態響應過程，依電流變化穩定電磁轉矩，減小轉矩脈動從而增加系統的抗干擾能

力，還可以限制電機的啟停和堵轉電流以保證系統的安全，電流環已成為提高無刷直流電機伺服控制性能的關鍵環節。

    本文以某型號轉臺的伺服控制系統為應用實例，設計了一套以高性能數字信號處理器TMS320F28335DSP為硬件核心的無刷直流電機控制系統，實現了全數字化的三閉環結構控制策略，并著重介紹了數字電流環的設計和實現過程。通過仿真和實驗驗證了系統設計的合理性。

二、三閉環控制策略

    系統由位置環、速度環和電流環3個閉環控制來實現，電流環處于最內環，位置環處于最外環。位置給定值與反饋值相減得到位置偏差，經位置調節器校正構成位置回路［４］；位置回路的輸出與速度反饋值相減得到速度偏差，經速度調節器校正構成速度回路；速度回路的輸出與電流反饋值相減得到電流偏差，經電流調節器校正就實現了電流閉環，電流環輸出PWM 信號至功率驅動器，從而驅動無刷直流電機。系統控制結構原理如圖1所示。