無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計

王帥

摘 要：在工業(yè)的發(fā)展道路上不同時期有著不同的發(fā)展，電動機的發(fā)展帶動了我國許多工業(yè)的發(fā)展，我們從傳統(tǒng)的直流電機慢慢的發(fā)展到了無刷直流電機。無刷直流電機指的是無機械電刷和換向器的直流電機，是隨著電力電子技術(shù)，電機的控制技術(shù)，和高性能永磁材料的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型的電動機。無刷直流電機的研究主要包括電動機自身設(shè)計的研究和控制系統(tǒng)的研究，而現(xiàn)在主要應(yīng)用的是無刷直流電機的數(shù)字控制系統(tǒng)，無刷直流電機的控制系統(tǒng)是采用無位置傳感器用軟件獲得轉(zhuǎn)子位置信號的反電勢法和相關(guān)的預(yù)定位開環(huán)換相啟動法。無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)運行效率高，性能好，具有一定的實際意義和廣闊的應(yīng)用。本文我們主要論述一下無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計，對數(shù)字控制軟件系統(tǒng)進行簡單的介紹。

【關(guān)鍵詞】無刷直流 數(shù)字控制 電機

1 無刷直流電動機的發(fā)展

直流電動機的傳動系統(tǒng)操作簡單，調(diào)速性能也比較好。但是傳統(tǒng)的直流電動機采用電刷和換向器利用機械的方法進行換向，因而由于機械運動發(fā)生摩擦，從而帶來了噪音、火花和一系列的安全隱患。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代直流傳統(tǒng)系統(tǒng)的直流電動機發(fā)展方向是電動機永磁化和換向的無刷化，無刷電動機就在這樣的趨勢下發(fā)展成為了機電一體化電動機系統(tǒng)。無刷直流電動機控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，目前，無刷電動機正朝著數(shù)字化的控制系統(tǒng)發(fā)展。數(shù)字化控制系統(tǒng)是采用一種最新型的高速微處理器和專用的數(shù)字信號處理器來作為控制單元，簡化了硬件電路，更好的解決了模擬控制元部件的老化，從而操作起來更方便、更精準(zhǔn)、更迅速，使無刷直流電機得到更好的發(fā)展和利用。

2 數(shù)字控制系統(tǒng)

隨著我國科技的發(fā)展與創(chuàng)新，微型處理器和數(shù)字信號處理器的應(yīng)用越來越廣泛，從而衍生出了數(shù)字控制系統(tǒng)。早期的數(shù)字控制是由硬件電路構(gòu)成的，數(shù)字系統(tǒng)是由信息數(shù)字作為載體，輔以一定的數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和受控設(shè)備所組成。數(shù)字控制系統(tǒng)的運行，是由控制工具對相應(yīng)的工件進行準(zhǔn)確無差別的進行處理，不需要人手動去操作設(shè)備進行加工處理某些產(chǎn)品，完全由設(shè)定好的程序前來完成，且可以高效的完成產(chǎn)品的加工。數(shù)字控制系統(tǒng)是一種具有實用價值和發(fā)展前途的一種操作系統(tǒng)，它可以省去過多的時間，省去不必要的材料浪費，還能降低危險事件的發(fā)生。數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展與研究在對日后的工業(yè)上具有很大的價值，這一點在無刷直流電機的發(fā)展上也做到了更好的體現(xiàn)。

3 無刷直流電動機的構(gòu)成

無刷直流電動機的構(gòu)成主要有三個部分，這三個部分分別是電子換向線路、電動機和位置傳感器，實際上就是用電子換向的方式代替了機械的換向，同時它還具有直流電機的調(diào)速性能。無刷直流電機在鐵心中安裝了對稱多相繞組，而繞組分為角型結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)。無刷直流電動機轉(zhuǎn)子的材料通常是永磁材料，因為永磁體的形狀不同，磁路的結(jié)構(gòu)也不同，同時氣隙磁場波形也是不同的。

4 無刷直流電動機的工作原理

無刷直流電動機工作時，上電之后在電流和磁場的作用下，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。然后通過傳感器把旋轉(zhuǎn)的動能變成電信號，從而達(dá)到用電控制線路的效果，讓每一個線路都能按照一定順序進行轉(zhuǎn)動，由于轉(zhuǎn)子位置的不斷變化從而按照一定順序發(fā)生換相。

5 無刷直流電動機全數(shù)字控制系統(tǒng)概述

無刷直流電動機的數(shù)字控制系統(tǒng)，主要是利用數(shù)字信號處理作為控制核心，該技術(shù)可以順利讓無刷直流電動機與控制系統(tǒng)順利搭建。在這個技術(shù)之中，通常會有兩環(huán)的設(shè)置，外環(huán)一般為速度環(huán)，讓旋轉(zhuǎn)速度可以有一個固定值，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的速度，實現(xiàn)一種穩(wěn)態(tài)無差異，同時也能夠?qū)σ恍┴?fù)面的現(xiàn)象起到抵抗的作用，讓整個系統(tǒng)起到一種較高的精準(zhǔn)度，讓電動機能夠獲得最大電流。另外一種內(nèi)環(huán)屬于電流環(huán)，其作用是讓電流在一定的數(shù)值上進行變化，在保證這電動機獲得最大電流的同時，提高了系統(tǒng)的整體性能。在全數(shù)字控制系統(tǒng)中，速度和電流調(diào)節(jié)器功能都是由數(shù)字信號處理作為核心的，利用這個系統(tǒng)，既能夠省去模擬組件的時間，也能夠提高主電路的穩(wěn)定性，其中主電路中，三相交流電是最為主要的電路，是由二極管組成的模塊，變成直流電壓，其作用是減少直流脈動，在進行電路輸出的時候進行保護。

無刷直流電機的調(diào)速系統(tǒng)要求非常高，在數(shù)字控制系統(tǒng)下才能很好的完成這一要求。而我們采用普通的PID控制技術(shù)是很難得到這樣令人滿意的結(jié)果的，數(shù)字控制系統(tǒng)是一種可以利用其非線性和變動結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的參數(shù)從而提高整個無刷電機調(diào)速系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種比較先進的研究控制系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與我們傳統(tǒng)的PID相結(jié)合就形成了一種智能的PID控制系統(tǒng)，為了實現(xiàn)無刷直流電機智能控制，系統(tǒng)的軟件要實現(xiàn)的功能包括位置檢測，換相邏輯的控制和速度閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊，我們把它分為主程序和中斷程序，主程序的工作就是主要控制系統(tǒng)的初始化和各終端程序的響應(yīng)。我們系統(tǒng)在啟動后首先初始化，同時對各種中斷更能的選擇去設(shè)置。完成后，系統(tǒng)調(diào)用啟動程序，從而使系統(tǒng)進入正常的工作狀態(tài)，我們系統(tǒng)的運行狀態(tài)可以由鍵盤來進行對其控制和調(diào)節(jié)，我們用數(shù)碼管加以顯示，以便實時顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)。我們通過上述對無刷直流電機的調(diào)速系統(tǒng)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實驗，從而來對無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)進行硬件的設(shè)計。

6 總結(jié)

我們通過對神經(jīng)元PID控制的無刷直流電機的調(diào)速系統(tǒng)對無刷直流電機的數(shù)字控制系統(tǒng)進行研究與設(shè)計，通過對神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器在無刷直流電機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用進行了分析與研究，我們設(shè)計了相應(yīng)的數(shù)字控制系統(tǒng)，從而得到結(jié)論無刷直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)具有很好的靈活性與精準(zhǔn)性，有助于更好的操作與應(yīng)用，在應(yīng)用中具有很好的實用價值，方便了工人們的操作，提高了工作的效率，在日后更好的發(fā)展中將會作為一種重要的系統(tǒng)來應(yīng)用于無刷直流電動機的控制，數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展與實用在日后將具有重大的價值。

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作者單位

沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司 工藝研究所 遼寧省沈陽市 110850