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1、电气工程及其自动化专业实验实验名称： 直流无刷电机实验实验报告书科目特种电机及其控制专 业：电气工程及其自动化班级：05111001学号：0511100110姓名：陈祥杰重庆邮电大学移通学院2013年6月直流无刷电机实验一. 实验目的1. 了解直流无刷电机的运行原理2. 掌握直流无刷电机的DSP控制。二. 实验内容1. 实现无刷直流电机的正反转控制2. 实现无刷的速度调节3. 实现无刷直流电机电流环和速度环双环闭环控制三. 原理简介1. 直流无刷电机的原理无刷直流电动机的结构原理图如图2 1所示：电动机电子开关线路图1直流无刷电动机的结构原理图无刷直流电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开
2、关电路三部分组 成。电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动 装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等)，转子由永久磁钢按 一定极对数(2p = 2, 4,)组成。图1中的电动机本体为三相两极，三相定子 绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联接，在图1中A相、B相、C 相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机 转轴相联接2定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相 互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电 信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电
3、 流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关线路的导通次序是与 转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。所以，所谓直流无刷电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子 开关线路、永磁式同步电动机以及位量传感器三者组成的“电动机系统。其 原理框图如图2所示。图2直流无刷电动机的原理框图2. 直流无刷电机的控制直流无刷电机的控制基本上类似于直流有刷电机的控制（PWM调制），但 由于无刷直流电机用电子换向器取代了机械电刷，所以无刷直流电机除了在 控制各相电枢电流的同时还用对电子换向器进行控制。在无刷直流电机的运 行过程中，霍尔位置传感器不断检测电机当前位置，控制器根据当前位置信 息
4、来判断下一个电子换向器的导通时序。如图3所示图中Hl、H2和H3分别表示霍尔位置传感器的信号，H1的有效期为X 轴到u轴的正半周，H2的有效器为V轴到y轴的正半周，H3的有效期为W 轴到z轴的正半周，有效是霍尔对应的信号为1。电机在各个位置的电子换 向器的导通状态供6中，分别为ANC、BNC、BNA、CAN、CNB和ANB，其中以 ANC为例表示电机A相到C相的正导通，其他以此类推。电子换向器的控制 关键在于在检测到当前位置的同时开通下一个位置导通状态的电子开关，各 当前位置与下一位置电子开关的导通相如表1所示。正向:当前位置（H3, H2，H1）下一位置导通相001ANC011BNC010B
5、NA110CNA100CNB101ANB反向:当前位置（H3，H2，H1）下一位置导通相001BNA011CNA010CNB110ANB100ANC101BNC四. 实验步骤1. 设置EVA的PWM1PWM6作为无刷直流电机的驱动输出，三相霍尔信号作为输入信号2. 设置定时器TIME1，PWM调制频率约为20KHz,占空比一般不超过50%,并设置好T1的周期中断。3. 在T1的周期中断函数中，根据三相霍尔信号，来决定当前的换向（调节ACTRA 寄存器）4. 调节PWM的占空比，可以调节无刷直流电机的转速5. 设置ADC采样时间，一般在T1的周期中断中启动ADC转换，并把各相电流值作均值滤波，作
6、为电流反馈量。6采用数字PI算法完成电流闭环控制7.采用光电编码器作为速度反馈信号输入DSP的QEP3和QEP4,并设置T4为QEP 工作方式8采用数字PI算法完成单度闭环控制。9.采用级连方式作双环控制，其中环的输出作为电流环的指令输入。五思考题1. 试述无刷直流电机的工作原理答：无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化 产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分 相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性， 在电动机内装有位置传感器。2. 如何调节无刷直流电机的转向和速度答：可以用三极管或mos管搭成桥式驱动电路。3. 试述闭环控制的优点答：闭环控制有助于提咼系统的精度和稳定性，从而提咼生产效率和品质。六实验感想通过这次实验，加深了对课本知识的理解。提高了我们的动手能力，在没有 做实验以前，我们只是掌握了理论知识，没有动手能力。通过这次实验，收获很 多。
