基于CompactRIO的直流無(wú)刷電機(jī)控制系統(tǒng)

由公式可以得出，在使用自舉電路時(shí)應(yīng)根據(jù)所選用的器件的參數(shù)以及電路的最低工作頻率來(lái)確定電容C的最小取值。實(shí)際應(yīng)用中選取的電容值應(yīng)為理論計(jì)算值的兩倍以上。

4 軟件部分
使用LabVIEW對(duì)CompactRIO進(jìn)行圖形化編程。軟件設(shè)計(jì)部分主要包括電機(jī)測(cè)速模塊、控制量計(jì)算及脈寬調(diào)制模塊，時(shí)序產(chǎn)生模塊。
4．1 電機(jī)測(cè)速模塊
直流無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速與霍爾信號(hào)的頻率以及線(xiàn)圈的極對(duì)子數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：n=f／p。其中n代表轉(zhuǎn)速，f代表霍爾信號(hào)的頻率，p代表電機(jī)的極對(duì)子數(shù)。通過(guò)測(cè)量某一路霍爾信號(hào)即可測(cè)得電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
CompactRIO數(shù)字I／O獲取某一路霍爾信號(hào)，測(cè)量其相鄰兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間就可以計(jì)算出霍爾信號(hào)的頻率，進(jìn)而得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，或者通過(guò)計(jì)算在短時(shí)間內(nèi)獲得的霍爾信號(hào)脈沖數(shù)量。
在需要獲得精確轉(zhuǎn)速的情況下，一般使用碼盤(pán)測(cè)速。碼盤(pán)在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)可以產(chǎn)生幾千個(gè)脈沖，在如此大數(shù)量的采樣脈沖下，引起的誤差會(huì)減小很多。
4．2 控制量計(jì)算及脈寬調(diào)制模塊
電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制通過(guò)脈寬調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。CompactRIO根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定值和實(shí)際值之間的誤差來(lái)計(jì)算輸出相應(yīng)的控制量，該控制量經(jīng)過(guò)脈寬調(diào)制模塊后產(chǎn)生PWM波。PWM波在一個(gè)周期內(nèi)，其高電平的占空比受控制量計(jì)算模塊輸出的控制量調(diào)節(jié)，控制量越大，高電平的比例越大。
控制量計(jì)算模塊的核心是PID控制算法。PID算法是工業(yè)領(lǐng)域中最常用的控制算法，廣泛應(yīng)用于溫度控制、流量控制轉(zhuǎn)速控制等。PID算法的核心是P參數(shù)(比例調(diào)節(jié))、I參數(shù)(積分調(diào)節(jié))、D參數(shù)(微分調(diào)節(jié))，PID控制器的輸入?yún)⒘渴沁^(guò)程變量和設(shè)置點(diǎn)。這里的過(guò)程變量就是實(shí)際轉(zhuǎn)速值，設(shè)置點(diǎn)就是設(shè)定的轉(zhuǎn)速值。PID控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的P、I、D參數(shù)，利用PID算法計(jì)算出一個(gè)控制量，該控制量作用于系統(tǒng)后迫使實(shí)際轉(zhuǎn)速向著設(shè)定轉(zhuǎn)速逼近，最終穩(wěn)定在設(shè)定轉(zhuǎn)速上。PID算法由公式(2)表達(dá)：

其中e=SP-PV，SP是設(shè)定點(diǎn)，PV是過(guò)程變量；KC是控制增益，代表比例調(diào)節(jié)作用；Ti是積分時(shí)間，代表著積分調(diào)節(jié)作用；Td是微分時(shí)間，代表著微分調(diào)節(jié)作用。
4．3 時(shí)序產(chǎn)生模塊
直流無(wú)刷電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)時(shí)需要在繞組線(xiàn)圈中按照一定時(shí)序注入電流，線(xiàn)圈電流方向的改變是通過(guò)改變?nèi)噍敵龆说臉O性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此在不同的霍爾信號(hào)下，需要輸入相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)(見(jiàn)表1)。A、B、C分別為電機(jī)的霍爾信號(hào)。AH、AL、BH、BL、CH、CL分別為三相控制信號(hào)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過(guò)PWM波的脈沖寬度的大小來(lái)控制的。具體實(shí)現(xiàn)方法是，在CompactRIO中將脈寬調(diào)制波與電機(jī)的下橋驅(qū)動(dòng)信號(hào)在邏輯上“相與”。圖4是根據(jù)電機(jī)時(shí)序確定的控制信號(hào)圖，圖5是經(jīng)PWM波調(diào)制后的控制信號(hào)圖。