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1、无刷直流电机调速系统控制策略无刷直流电机工作原理无刷直流电动机由定子绕组、永磁转子、逆变器、转子磁极位置检测器等组成。其转子采用 永久磁铁，进行特殊的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场。定子采用整距集中绕组，通过 功率控制器控制各项绕组的通断状态以供给电机方波电流。驱动电路逆变器图中V1-V6为六个MOSFET功率管，起绕组开关作用，通过控制电路中开关的通断来控制 电流的流向。上桥臂的三个开关管VI、V13、V5是P沟道功率MOSFET，栅极电位低电平时导 通；下桥臂三个开关管V2、V4、V6是N沟道功率MOSFET，栅极电位高电平时 导通。这些开关管的通断通过位置检测电路获得的转子位置信号，由
2、内部逻辑来 控制。图1.直流无刷电机驱动电路逆变电路开关管的导通方式 对于如图1所示逆变电路开关管的通断，其控制方式有两种：二二导通和三三到导通方式。 所谓三三导通方式，是指在任何一个瞬间有三个开关管同时导通，各开关管的导通顺序为：V1V2V3-V2V3V4-V3V4V5-V4V5V6-V5V6V1-V6V1V2,如此循环。可见，在每个周期的六个 状态当中，每个开关管连续有三个状态是导通的也就是说，每个开关管导通180o电角度。 所谓二二导通方式，是指在任何一个瞬间有二个开关管同时导通，各开关管的导通 顺序为：V1V2-V2V3V3V4V4V5V5V6V6V1，如此循环。可见，在每个周期的六个
3、状 态当中，每个开关管连续有两个状态是导通，也就是说，每个开关管导通1200电角度。 可见，在三三导通方式下，每对上下连接的开关管导通无时间间隔，这样的话，如果有一个 管子的关断稍微延迟，就会发生短路，电源和开关管都有可能烧坏：而在二二导通的方式下， 每对上下相连的开关管的导通有60。电角度间隔，在这60。电角度中，上下两个开关管都不导通，这样就不可能发生短路现象。另外，二二导通三相六状态工作方式恰好可以跟永磁转子 的方波气隙磁场对应，产生最大磁力，转矩平稳性好。因此，在实际应用中，多采用二二导 通三相六状态工作方式。定子旋转磁场与永磁转子的关系当转子处于图3 (a)位置时，功率开关VI、V2
4、导通，电流从A相流入，C相流出。此时AC两 绕组电流产生的合成电枢磁动势Fa与磁场Br之间的夹角为120。电角度，两者互相作用产生电 磁转矩，该转矩使转子逆时针方向旋转。随着转子的转动，转子磁场Br与定子磁动势Fa之间 的夹角逐渐减少。当转子磁极旋转到定子磁动势Fa与转子磁场Br之间的夹角为60。电角度时， 定子绕组开始换流，由VI、V2导通变为V2、V3导通，此时定子磁动势Fa跳跃前进60。电角度 变成图3 (b)中所示的位置，定子磁动势Fa与转子磁场Br之间的夹角又变成120。电角度，依 次类推，由位置传感器提供转子位置信号，每隔六分之一电周期，功率开关切换一次，使电 机电流所产生的定子磁
5、动势Fa跳跃前进60。电角度，进而使转子旋转起来。各功率管的导通 顺序是 V1V2-V2V3-V3V4-V4V5-V5V6-V6V1。BrCCBBr B(d)FaFa:合成电枢磁动势Br:转子磁场CB(e) (f)图2.三相全桥的六种通电情况示意图位置传感器转子位置传感器是检测位置，并向控制器提供位置信号的一种装置。根据工作原理的不同， 常见的位置传感器有磁敏式、磁电式、光电式、机电式、接近开关等。本文所采用的霍尔元 件属磁敏式位置传感器，其基本原理为霍尔效应和磁阻效应。目前，常见的磁敏传感器有霍 尔元件或霍尔集成电路、磁敏电阻器及磁敏二极管等多种。霍尔位置传感器和电机本体一样，也是由静止部分
6、和运动部分组成，即位置传感器定子和位 置传感器转子。其转子与电机主转子一同旋转，以指示电机主转子的位置，既可以直接利用 电机的永磁转子，也可以在转轴其它位置上另外安装永磁转子。定子是由若干个霍尔元件按 一定的间隔，等距离的安装在传感器定子上，以检测电机转子的位置。带位置传感器的无刷直流电机工作原理框图图3.无刷直流电机原理框图参考文献：1 杨浩.无刷直流电动机运动控制系统的设计D.武汉理工大学，2007.2 侯磊.无位置传感器无刷直流电机调速系统的研究D.山东大学,2007.3 胡宝兴.基于DSP的电动自行车用无刷直流电机控制系统的研究D.浙江工业大学,2005.4 荆涛.无位置传感器无刷直流电机调速系统研究D.西北工业大学:,2005.胡亚山.数字式双余度电动舵机伺服放大器研究D.西北工业大学:,2005.赵文华.基于DSP技术的永磁无刷直流电机控制系统研究D.哈尔滨工程大学:,2002.万诚.用ST72141实现无刷直流电机的控制J.单片机与嵌入式系统应用，2003(10):47-49BLDCM 数学模型1 戴莹.基于BP神经网络的无刷直流电机PID控制方法的研究D.合肥工业大学:,2007.2 张祺. 基于 dSPACE 的永磁无 刷直流电机 驱动控制系统 设计与开发 D. 电子科技大 学: ,2007.
