无刷直流电动机的无速度传感器数字控制系统设计

第２８卷第８期２００８年８月

电力自动化设备

ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ

Ｖｏｌ．２８Ｎｏ．８Ａｕｇ．２００８

无刷直流电动机的无速度传感器

数字控制系统设计

张兴华

（南京工业大学自动化学院，江苏南京２１０００９）

摘要：设计了一种无刷直流电动机ＢＬＤＣＭ（ＢｒｕｓｈＬｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ）无速度传感器变频调速系统。以数字信号处理器ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）为数字控制器、智能功率模块ＩＰＭ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ）为功率逆变器组成硬件系统，采用反电势过零检测法进行电子换向，实现了ＢＬＤＣＭ的无速度传感器转速跟踪。介绍了功率驱动主电路，交、直流变换部分采用单相桥式不控整流电路，以提高逆变电路所需的直流电压。通过检测关断相的反电势过零点来获得转子的位置信号，以控制绕组电流的切换，驱动电动机运转。论述了转速与电流反馈信号的检测。使用Ｔ法测转速；采用霍尔电流传感器检测直流侧母线电流；系统中转速和电流均由ＰＩＤ控制器进行调节。控制系统软件由主程序和中断程序组成，给出了系统软件的流程图。实验结果表明，系统调速性能良好。关键词：无刷直流电动机；无速度传感器；数字信号处理器；转速跟踪控制中图分类号：ＴＭ３３；ＴＰ２７２

文献标识码：Ｂ

文章编号：１００６－６０４７（２００８）０８－００８１－０４

通过软件编程实现；电流反馈信号由一个霍尔传感器检测；用于电子换向和转速计算的转子位置反馈信号由ＢＬＤＣＭ内置的３个霍尔传感器检测。

转速计算

０引言

无刷直流电动机ＢＬＤＣＭ（ＢｒｕｓｈＬｅｓｓＤＣＭｏｔｏｒ）既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特性，又具有直流电机运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等优点。在航空航天、工业自动化装置、电动车、医疗器械、家用电器和计算机外围设备等领域得到广泛应用［１－２］。无刷直流电动机采用电子换向电路取代直流电机中由换向片和电刷组成的机械式换向器，可以克服一般直流电机因机械换向引起的噪声、火花、电磁干扰和维护工作量大等缺点。近年来，随着电力电子技术、计算机技术和自动控制技术的发展，无刷直流电动机的无速度传感器变频调速控制技术逐渐受到人们的关注［３－９］。由于不需要在电机转轴上安装机械式速度传感器（位置传感器），可简化调速系统的硬件结构，降低成本，提高电动机运行的可靠性。

文中给出了一种基于电动机控制专用数字信号处理器ＤＳＰ（ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ）和智能功率模块ＩＰＭ（ＰＭ２０ＣＳＪ０６０）的无刷直流电动机无速度传感器变频调速控制系统实现方案。详细阐述了系统的硬件结构及软件设计方法。实验结果表明系统调速性能良好。

ωｒ＊－ωｒ

转速控制器

位置信号

霍尔电流传感器

三相

Ｍ

逆变器

电子换向与ＰＷＭ控制

－ｉ

电流控制器

ＭＢＬＤＣ

Ａ／Ｄ

图１ＢＬＤＣＭ调速控制系统

Ｆｉｇ．１ＳｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆＢＬＤＣＭ

２系统的硬件组成

１ＢＬＤＣＭ变频调速系统的控制结构

ＢＬＤＣＭ无速度传感器变频调速系统的控制结

电子换向构如图１所示①，其中转速与电流控制器、

和ＰＷＭ控制、转速计算和Ａ／Ｄ转换由ＤＳＰ控制器

收稿日期：２００７－０４－２３；修回日期：２００７－０９－２７

：００４０）

无刷直流电动机的控制系统硬件主要由控制器电路和功率驱动电路组成。其中，控制器选用ＴＩ公司的电动机控制专用ＤＳＰ（ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ），功率开关器件采用三菱电机的ＩＰＭ（ＰＭ２０ＣＳＪ０６０）。在硬件设计中，采取了隔离驱动方式，控制电路与功率驱动电路完全隔开，两者不共地，没有直接的电连接，从而有效地保护了控制系统的核心部件ＤＳＰ免受高电压、过电流冲击，同时也保护电动机的驱动电路免受损坏。图２是ＢＬＤＣＭ的无速度传感器变频调速系统的硬件结构。其中，工频交流电经整流滤波后得到直流电作为ＩＰＭ的输入电源。ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ及外设构成ＤＳＰ控制电路。系统由ＤＳＰ产生６路ＰＷＭ信号，经光电隔离（ＨＣＰＬ４５０４）输出到功率模块ＩＰＭ（ＰＭ２０ＣＳＪ０６０）的控制输入端，在ＩＰＭ的输出端Ｕ、

ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＥｕｒｏｐｅ，ｂｐｒａ０５５，１９９７．

电力自动化设备

霍尔传感器

工频电源～

第２８卷

ＵＰＵＮＰ

ＶＰ

ＮＶＮ

ＷＰＵ

ＷＮ

ＶＰＭ２０ＣＳＪ０６０Ｗ

ＦＯ

光耦

ＨＣＰＬ４５０４光耦

ＡＤＣ６ＰＷＭ１～

ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７Ａ

外部ＲＡＭ键盘液晶屏

ＰＣ８１７

ＣＡＰ１ＣＡＰ２ＣＡＰ３

Ｄ／Ａ示波器

ＭＢＬＤＣ反电势过零检测

图２ＢＬＤＣＭ调速系 …… 此处隐藏：9882字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……