基于DSP的兩相無刷直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

0 引 言
稀土永磁無刷直流電機采用高性能的稀土永磁材料和非接觸換相技術(shù)，體積小，效率高，無電火花，工作可靠，同時又具有類似普通直流電動機的調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器和工業(yè)控制自動化等領(lǐng)域。無刷直流電機采用電子換相裝置，沒有機械電刷；采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有激磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組置于外圍的定子上，散熱性好，效率高，過載能力強，無換相火花，在高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域尤為適合，是高速電機的一個重點發(fā)展方向。
目前，在一些特殊領(lǐng)域，對電機體積、連線數(shù)目以及可靠性等方面有著嚴格要求，在這些場合，無位置傳感器無刷直流電機(BLDCM)就成了理想的選擇。課題利用DSP，CPLD等數(shù)字化設(shè)計技術(shù)構(gòu)建了一個體積較小的高轉(zhuǎn)速、高可靠性電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用兩相無刷直流電機，以無位置傳感器方式，用電機繞組的反電勢作為信號，由CPLD生成電機換相時序，通過硬件啟動和鎖相環(huán)跟蹤，實現(xiàn)對無刷直流電機的穩(wěn)速控制。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)和電子控制線路簡單、運行可靠、維護方便等特點。

1 無刷直流電機的數(shù)學模型

以兩相導通、三相星形六狀態(tài)為例，無刷直流電機三相繞組的電壓平衡方程為：

式中：uA，uB，uC為定子相繞組電壓；eA，eB，eC為定子相繞組電動勢；iA，iB，iC為定子相繞組電流；L為定子每相繞組自感；M為定子每兩相繞組間的互感；R為三相定子電阻；p為微分算子。
由式(1)可以得到永磁無刷直流電動機的等效電路模型，如圖l所示。

定子繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩表達式為：

永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)子運動方程為：

式中：Tn為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；ω為電機機械轉(zhuǎn)速；J為轉(zhuǎn)動慣量。