无刷直流电机控制系统设计与实现

• 作 者: 高文武
• 出 处: 武汉理工大学
• 发表日期: 2012年01期
• 关键词: 无刷直流电机 PWM波 位置传感器 PID闭环调速

在工业应用上,直流电机是电能转换装置,无刷直流电机驱动是当前节能领域的研究热点。无刷直流电机控制器的性能决定了电机转换效率,同时也决定了电机工作的稳定性和可靠性。目前无刷直流电机大多数采用有位置传感器方式检测转子位置。电机启动、工作状态切换可能产生震动,它会导致系统稳定性和可靠性降低,其能源转换效率也会降低。针对以上问题,文章展开了无刷直流电机控制系统采用位置传感器方式控制电机的研究,无刷直流电机控制技术难点是恒转速输出,提高控制系统稳定性可靠性同时提高电机转换效率。主要研究内容如下：首先阐述了电机换相基本原理和无刷直流电机三全桥逆变电路驱动原理,然后介绍了PWM波脉宽调制调速原理,并在此基础上提出了无刷直流电机系统控制总体设计方案。在系统总体方案设计完成后,进行硬件电路设计。经过比较分析DSP与STM32两种芯片优缺点后,选用了STM32F103RBT6作为主控芯片。进行了以高性能的STM32为核心的硬件平台设计,具体设计了三相全桥逆变电路、功率管自举驱动电路、恒转速调节电路、过流保护电路、过压欠压保护电路,并分析了电路的设计原理以及参数选择依据。在对控制系统进行需求分析的基础上,通过分析比较开环控制和闭环控制两种方式优缺点,选用闭环控制方式来实现无刷直流电机恒转速输出。基于STM32的软件开发平台Realview MDK设计了系统初始化程序、PWM波输出程序、AD转换程序、中断程序,并在程序调试过程中修改系统参数。电机控制板调试完成之后,进行了空载和带载实验。进行了系统过压保护、欠压保护、过流保护、转速调节实验。实验结果表明,该电机驱动系统能够实现电机快速平稳启动,一旦出现过压、欠压、过流情况,控制器能即时保护电机和控制板,控制系统达到了设计要求。