空压机用直流无刷电机的开环控制研究
永磁无刷直流电机驱动的压力机伺服控制系统研究
Ｐ Ｍ ｓ ａ ｇ ｈｃ ａｅ ｎｔｅＢ ｃ ｏ ｖｒ ｒ ｏ ｌ ｒｄ ｃ ｅｔ ｑ ｅｒ ｐｅｏ ｅＢ Ｄ Ｍ． ｈ ａｉ— Ａ ｔ ｔ ｙｗ ｉ ｉ ｂ ｓｄｏ ｕ ｋｃｎ ｅｔ ｕｄ ｅ ｕ ｅ ｈ ｒｕ ｐ ｌ ｆｈ Ｌ Ｃ Ｔ ｅｖｌ ｒｅ ｈｓ ｈ ｅｃ ｔ ｏ ｉ ｔ ｄ
Ｅ ｇｎｅｉ ｎ ｉ ｒ ｇ，Ｂ ｉ ｇ Ｕ ｉ ｒｔ Ａ ｒｎ ｕｉ ｎ ｓ ｏ ａ ｔｓ ｅｉｇ１ ０ ９ ，Ｃ ｉ ） ｅ ｎ ｅｉ ｎｖ ｓｙｏ ｅｏａ ｔ ｓ ｄＡｔ ｎ ｕｉ ，Ｂ ｉｎ ０ １ １ ｈｎ ｊ ｎ ｅｉ ｆ ｃａ ｒ ｃ ｊ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａｉ ｎ ｔ ｈ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｇ ｙ ａ ｃ ｔ ｒ ｕ ｏ ｔ ｌ ｅ ｕ ｓ ｏ ｒ ｓ ｒ ｓ ，ａ ｓ ｒ ｏ ｍｉ ｇ ａ ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ｎ ｈ ｉｈ ｄ ｎ ｍｉ ｏ ｑ ｅ ｃ ｎ ｒ ｑ ｅ ｔ ｆｃ ｅ ｓｐ ｅ ｓ ｅ ｖ ｔ ｉ ｃ ｏ ｒ
摘 要 ：针对螺旋压力机转动惯量大 、启动一 制动频繁的特点和转矩的高动态控制问题 ，分析了压力机的机械结构和
工作原理 ，提 出了一种基 于永磁无刷直流 电机驱动 的压力机伺服控制系统 ，建立 了系统的电机一 负载模型 ，设计了基
于前馈 和 ＰＤ闭环的控制 器 ，其 中 ＰＤ作 为基本 的控 制器 ，主要实现 系统校正 和抗干扰 的功能 ，前馈 回路提 供系统 Ｉ Ｉ 所需 的主要增益 ，在不影 响控制系统稳定性 的前 提下可 以缩短指令 响应 时间 ，同时采用 基于 Ｂ ｃ ｕｋ降压斩波 变换器 的 Ｐ Ｍ调 速方 式来 抑制永磁无刷直流电机的转 矩脉动。实验 与仿 真验证 了控制方法 的有效性 。 Ａ 关键词 ：螺旋压 力机 ；永磁无 刷直 流电机 ；前馈控制 ；Ｂ ｃ ｕｋ变换器 ；ＰＤ Ｉ
直流无刷电机的控制技术
直流无刷电机的控制技术摘要围绕直流无刷电机控制运用广泛技术——基于DSP的控制系统进行了系统研究，采取模糊控制策略，设计出上位监控系统，数字化、智能化的控制系统提出方案，实践证明了系统的平稳性和快速性满足要求。
关键词直流无刷电机；DSP控制；模糊控制0引言数字信号（Digital Signal Processing ，DSP）是涉及很多学科，它广泛被用于很多学科与技术领域。
数字信号处理器称为DSP芯片，适用在数字信号处理运算的微处理器，能够快速的在数字信号处理算法上实现。
现今，DSP芯片用于运动上的控制、数控机床的控制、航天航空的控制、电力系统上的操作、自动化仪器的控制等各个领域[1]，该文主要介绍这种基于DSP芯片控制直流无刷电机智能化控制系统的设计。
1 系统结构设计系统组成由“PC 上位机、电源单元、TMS320LF2407 DSP芯片、无刷直流电机、检测单元、功率驱动模块、通讯接口”等。
（见图1）1.1 DSP芯片的选择DSP芯片的选择是很重要的，选对了DSP芯片才能设计出其外围电路和其他电路。
DSP芯片的选择要根据实际的应用系统进行确定。
DSP芯片由于场合不同选择的也就不同，我们要考虑DSP芯片的运算速度、价格、运算精度、功耗、硬件的资源等。
我们根据系统要求，选择TI公司TMS320LF2407芯片。
1.2无刷直流电机该电机采取1500转/分, 无刷直流电机采用1.78A、27V电压进行供电，电机换向电路主要是由控制和驱动组成，直流无刷电机自身属于机电能量转换部分，该部分由电机电枢、永磁、传感器组成。
我们把电机的电轴绕组在定子上、把永磁放在转子上，其目的是为了实现换向。
无刷直流电机的工作方式是两相导通的星型3相6状态，这样操作方式是因为转子在旋转定子电流中进行不断换相来保证两个磁场电流方向不发生改变，控制3相定子电流通电顺序与大小控制电机旋转的速度。
1.3功率的驱动模块TOSHIBA公司采用IPM系列智能型模块，IPM主要集成了检测、控制、逻辑、保护电路这样有效提高了稳定性与可靠性。
直流无刷电机驱动技术的研究(论文)
摘要随着现代电力电子技术的发展和永磁材料性能的不断提高，无刷直流电动机的系统在高性能运动控制领域越来越受到重视。
无刷直流电动机既具有直流电动机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗等诸多特点，又具备交流电动机的运行可靠、结构简单、维护方便等一系列优点，在国民经济各个领域的应用日益普及。
本文在对无刷直流电动机控制系统的发展及应用综述的基础上，详细的介绍了无刷直流电动机的基本结构、工作原理和运行特性，并给出了其数学模型。
简述了无刷直流电动机的控制策略，并分析了无位置传感器控制技术的原理和方法。
然后对无刷直流电动机双闭环控制系统的硬、软件设计作了详细论述。
系统以 TI 公司的 TMS320LF2407 芯片为控制核心，分析了 PWM 信号的产生分配情况，给出反电动势过零点、速度及电流等检测电路设计，并以 IR2130 作为驱动芯片设计了无刷直流电动机的驱动电路，采用三段式起动方式来起动电动机。
系统的软件采用模块化设计方法，主要包括初始化程序、起动子程序、换相子程序、ADC 中断服务程序等。
最后运用 SIMULINK 建立了无刷直流电动机控制系统的仿真模型，并对给定实例进行仿真。
本论文所述无刷直流电动机控制系统的设计方案，可以获得良好的速度控制性能，而且 DSP 技术不仅使系统获得了高精度，高可靠性，还简化了系统结构。
：关键词：无刷直流电动机 PWM 控制无位置传感器仿真AbstractWith the development of power electronics technology and ceaseless advance of permanent magnet material, Brushless DC motor (BLDCM) is more and more attention in the field of high performance motion control. BLDCM has been widely used in the various fields of the national economy because this motor not only has the merit of the DC motor for high efficiency, good performance and no excitation loss etc. but also has the merit of the AC induction motor for reliable operation, simple structure and easy maintenance etc.On the basis of the summary for developments and applications of BLDCM control system,the thesis introduces the structure, running principle, operational characteristics and mathematical model of BLDCM. It outlines BLDCM control strategy, and discusses the principles and methods of the control technology with no position sensor detection. Then the hardware and software design of the double closed loop control system is dissertated in detail.The controller of the hardware of the system is built by using the TMS320LF2407 as the microprocessor. It analyses the formation of PWM signals and designs the circuit of BEMF-zero-crossing, velocity and current detection. This system chooses syllogism jump-start motor. Besides, the drive circuit of the BLDCM is designed with IR2130. System software is modular in design methods, Including initialization, starting, commutation subroutine, ADC interrupt service procedures. Finally, it established a BLDCM control system simulation model by SIMULINK, and simulate to the case model.This thesis described the design options about BLDCM control system,It can get a good performance of Speed control; DSP technology enables the system has not only a high-precision,high reliability, also simplifies the system architecture.Keywords：Brushless DC motor PWM No position sensor Simulation目录第1章概述................................................... - 1 -1.1 无刷直流电机的现状....................................... - 1 -1.2 电无刷直流电动机的概况................................... - 2 -1.2.1 无刷直流电动机的特点和应用......................... - 2 -1.2.2 发展前景........................................... - 3 -1.3 本设计的主要工作......................................... - 4 -第2章无刷电机控制系统分析..................................... - 5 -2.1 无刷直流电动机的基本结构................................. - 5 -2.1.1 电动机本体电动机本体............................... - 6 -2.1.2 转子位置检测器..................................... - 6 -2.1.3 电子换相........................................... - 7 -2.2 无刷直流电动机的工作原理................................. - 7 -2.3 直流电动机的PWM调速原理................................. - 9 -第3章无刷直流电机控制器硬件设计.............................. - 11 -3.1 无刷直流电动机双闭环调速系统............................ - 12 -3.2 SPWM 控制技术........................................... - 14 -3.2.1 SPWM控制的基本原理................................ - 14 -3.2.2 SPWM的数学模型.................................... - 14 -3.3 无刷直流电动机无位置传感器的检测方法.................... - 15 -3.3.1 反电动势过零检测法................................ - 16 -3.3.2 续流二极管间接检测法.............................. - 17 -3.3.3 反电动势积分法.................................... - 17 -3.3.4 反电动势三次谐波检测法............................ - 18 -3.4 数字PID控制器及算法.................................... - 19 -3.4.1 模拟PID控制原理.................................. - 19 -3.4.2 PID算法的数字实现................................. - 20 -第4章无刷直流电动机的DSP 控制系统.......................... - 22 -4.1 DSP的结构和特点........................................ - 22 -4.1.1 DSP在运动控制领域的应用........................... - 22 -4.1.2 TMS320LF2407结构和特点............................ - 23 -4.2 无刷直流电动机的DSP控制系统的设计...................... - 25 -4.2.1 PWM波形的产生..................................... - 26 -4.2.2 转子位置的检测.................................... - 28 -4.2.3 速度检测与调节.................................... - 29 -4.2.4 电流检测与调节.................................... - 31 -4.2.5 异步串行通讯接口电路.............................. - 31 -4.2.6 电动机的驱动电路.................................. - 33 -4.3 基于DSP的无位置传感器无刷直流电动机的起动.............. - 34 -4.3.1 位置型PID算法程序的设计.......................... - 34 -4.3.2 数字PI速度调节器设计............................. - 36 -4.3.2 数字PI速度调节器设计............................. - 37 -第五章无刷直流电动机控制系统的软件设计........................ - 38 -5.1 主程序结构.............................................. - 39 -5.2 电动机启动子程序........................................ - 40 -5.3 换相子程序.............................................. - 40 -5.4 ADC中断子程序.......................................... - 41 -总结.......................................................... - 44 -致谢.......................................................... - 45 -参考文献........................................................ - 46 -第1章概述1.1 无刷直流电机的现状有刷直流电动机作为最早的电动机广泛应用于工农业生产的各个领域，由于其宽阔而平滑的优良调速性能，在需要调速的应用领域占有重要地位，但机械换向装置的存在，限制了其发展和应用范围。
无刷直流电机控制技术的研究与应用
无刷直流电机控制技术的研究与应用随着现代科技的发展，无刷直流电机控制技术已经逐渐成为了电机行业的主流技术之一。
无刷直流电机有着回转速度高、效率高、噪音小、寿命长等诸多优点，因此被广泛应用于各种领域。
本文将着重介绍无刷直流电机控制技术的相关概念和应用情况。
一、无刷直流电机的概念无刷直流电机是一种新型的电机形式，其产生的磁场由外部磁铁或电流产生，同时在转子上没有导电环。
无刷直流电机是由电子晶体管方式完成数字化控制，减少了电刷和旋转间接磨损，同时使电机的能量转换更加高效。
二、电机控制技术的发展早期，热电压机、转盘转动、水力发电机、风力发电机等普遍使用交流电机，直到20世纪80年代后，无刷电机在电子技术、微机控制技术、磁布置理论、高强度材料科学等方面取得突破，开始广泛应用于家电、工具、电动汽车、船舶等领域，大大提高了产品的性能和质量。
三、无刷直流电机控制技术的特点（一）高效节能由于无刷直流电机采用电子晶体管方式完成数字化控制，减少了电刷和旋转间接磨损，同时使电机的能量转换更加高效。
这种电机在额定工作点上的效率可以高达90%以上，相较于传统交流电机，其效率提高了40%左右。
（二）稳定性好制造工艺的进步和零部件的普及使得现代无刷直流电机的工作精度得到了很大程度的提高，使得转速随负荷变化的情况大大减少，可以在广泛的负载应用范围内获得较高的效率和稳定性。
（三）调速范围宽无刷直流电机采用数字式调速控制方式，使得其在转速调节范围较宽的情况下，能够实现精确的调速控制。
通过电子调速器可以根据工况需求，在一定范围内随意调节。
（四）噪音小无刷直流电机采用了数字式控制方式，电子调速器工作更加精确，同时由于磁铁布置的改动，减少了机械摩擦和磨损，这使得这种电机在使用过程中噪音更小，更加舒适。
四、无刷直流电机控制技术的应用无刷直流电机的应用在各种领域都非常广泛，比如电子通信、家用电器、工具、电动车、船舶等。
尤其在家电、塑料机械、数控机床、纺织机械、自动化设备等方面无刷直流电机的应用越来越广泛。
直流无刷电动机工作原理与控制方法
For personal use only in study and research; not for commercial use直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。
一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。
其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。
由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。
针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。
经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。
上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。
三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
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所示为三相两极直流无刷电机结构，图1 三相两极直流无刷电机组成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结，A、B、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结。
当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，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
空调压缩机用无刷直流电机无传感器调速系统设计
空调压缩机用无刷直流电机无传感器调速系统设计作者：张鹏来源：《科技资讯》 2012年第12期张鹏(上海通用(沈阳)北盛汽车有限公司冲压车间沈阳 110044)摘要：压缩机作为空调的心脏,是人们研究空调的主要部门。
现在多数空调采用的是无刷直流电动机,因为其具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列有点。
无刷直流电机的机械位置传感器影响着整个系统的可靠性、成本和体积,甚至在一些场合根本无法安装,因此无刷直流电动机的无机械传感器转子位置检测方法成为近些年的研究热点。
因此本文将采用Micro Linear公司的ML4425芯片,并配合使用International Rectifier公司的IR2130对无刷直流电机进行控制。
同时也通过单片机编程实现对温度的设定与室温的检测。
通过单片机与数模转换器件对压缩机转数控制。
关键词:压缩机无刷直流电机 ML4425 IR2130 单片机中图分类号:TP319.3 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0032-011 硬件结构本系统主要是有两个大块组成,一个是由ML4425和IR2130组成的对电机控制的调速系统,另一个是以8051单片机为核心的空调的自动控制与显示部分。
将他们合理的结合起来就构成一个我们想要实现的有实际功能的系统。
1.1 电机调速系统ML4425为三相无位置传感器无刷直流电机驱动而设计的专用控制芯片,适用于星形或角型连接的无刷直流电机。
采用28脚双列直插或表面封装。
可独立实现无刷直流电机的启动和换相,并能实现电流和速度的双重闭环。
同时,ML4425提供了完善的保护机制,在过流或欠压时能自动切断驱动信号实现对电动机的保护。
IR2130是美国国际整流器公司近年新推出的MOS功率器件专用栅极驱动集成电路。
它可以直接驱动中小容量的功率场效应控制晶闸管等,具有六路输入信号和六路输出信号,其中六路输出信号中的三路具有电平转换功能,因而它既能驱动桥式电路中低压侧的功率器件,又能驱动高压侧的功率元件。
无刷直流电动机驱动控制系统的研究
无刷直流电动机驱动控制系统的研究无刷直流电动机驱动控制系统是一种新型的电动机驱动技术，相较于传统的有刷直流电动机驱动系统具有更高的效率、更低的噪音和更长的使用寿命。
因此，该领域的研究具有重要意义。
本文将从无刷直流电动机的结构及工作原理、无刷直流电动机驱动控制系统的设计和优化等方面进行全面的研究。
无刷直流电动机是一种以电子换向技术取代了传统的机械换向方式的电动机。
它的转子由永磁体构成，定子上则布有多个线圈。
电流通过定子线圈产生磁场，而转子上的永磁体则产生旋转的磁场，由此产生力矩，实现电能转换为机械能。
相较于有刷直流电动机，无刷直流电动机免去了换向器的摩擦损耗，因此转速更高、噪音更低。
无刷直流电动机驱动控制系统是控制无刷直流电动机的关键技术之一、其中包括传感器和电调两个主要部分。
传感器主要用于检测电机的转子位置，以便确定电流方向，实现电流的反向和电流的正向。
电调则负责控制电流的大小和电机的速度、转矩等性能。
另外，无刷直流电动机驱动控制系统还需要进行逆变器的设计，将直流电能转化为交流电能，使其适应交流电源。
无刷直流电动机驱动控制系统的性能优化是该领域的一个重要研究方向。
一方面，需要通过合适的电机控制算法来提高电机的转速和转矩响应性能。
另一方面，还需要通过适当的控制策略来提高电机系统的效率和稳定性。
例如，可以采用闭环控制和PID控制来实现系统的精确控制。
此外，还可以通过优化电机的结构和材料来提高电机的效率和工作寿命。
除了性能优化，无刷直流电动机驱动控制系统还涉及到多种安全保护措施。
在电机长时间运行或高负载条件下，电机可能会产生过热现象，从而影响电机的性能和寿命。
因此，需要采取适当的措施来监控电机的温度，并实时调整电机的工作状态。
此外，还需要实现断电保护、过压保护、过流保护等功能，以保证电机系统的安全运行。
总之，无刷直流电动机驱动控制系统的研究具有重要意义，可以提高电机的效率、降低噪音、延长寿命，为电动车辆、工业自动化等领域的发展做出贡献。
无刷直流电机控制方法
无刷直流电机控制方法
无刷直流电机的控制方法有以下几种：
1. 电压控制方法：通过改变驱动电机的电压来控制电机的转速。
利用PWM调整电压占空比，可以精确控制电机的转速和扭矩。
2. 闭环控制方法：通过采集电机的转速、位置或电流等信息，来计算误差并进行校正，实现对电机的闭环控制。
常见的闭环控制方法有速度闭环控制和位置闭环控制。
3. 传感器反馈控制方法：通过安装速度、位置或电流等传感器来实时监测电机状态，并将反馈信号与期望信号进行比较，通过控制器对电机进行控制。
这种方法可以提高控制精度和响应速度。
4. 感应器反馈控制方法：通过对电机正弦电流的反馈进行控制，实现对电机的控制。
这种方法不需要安装传感器，并具有较高的控制精度和响应速度。
5. 磁场定向控制方法：通过感应器或感应器反馈对电机磁场进行定向控制，实现对电机转矩和速度的精确控制。
需要注意的是，无刷直流电机的控制方法选用应根据具体应用场景和要求来确定，而不同的控制方法也可能会相互结合使用，以满足对电机的精确控制。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计随着科技的发展，越来越多的机械设备需要使用电机来驱动其运转。
而在众多电机中，无刷直流电机因为其高效、高精度、低功耗等优点而备受瞩目。
无刷直流电机的使用范围越来越广泛，从工业控制，到航模、改装等领域都可以见到无刷直流电机的身影。
本文将围绕无刷直流电机控制系统设计展开分析和探讨。
一、无刷电机的结构和工作原理无刷直流电机（Brushless DC motor）是一种将交流电转化为直流电供给电机使用的设备。
无刷电机的核心部分是转子和定子。
转子由永磁体构成，定子上则包覆着三个交替排布的电枢，能够使电流依次通过A、B、C三路，控制转子的运转。
工作原理是，当电流通过A电极的时候，将产生一个磁场，这个磁场是与转子上的永磁体相互作用的。
这样，便会使转子转动，那么电流经过B、C电极的时候，也是如此。
在三种电极依次通过电流之后，便完成了一次转子的旋转。
从工作原理上看，无刷直流电机控制主要就是控制三路电流，以便控制电机输出功率。
二、无刷电机控制模式1. 直流切换模式这种控制模式是将DC电压用硅控整流器进行整流后，施加到电机上的模式。
主要存在一个问题，就是每转过一定角度，电流就会进行交替。
这就需要对控制进行改进。
因此，直流切换模式下，最多只能适用于控制力矩较小的场合，如四轮小车、飞行器等。
2. 方波控制模式（交错控制模式）方波控制模式下，电机的控制通过利用切换模式中交替电流的配合，进行控制。
方波控制模式的特点是，控制方法简单易操作，是广泛使用的控制方式。
同时适用于各种正反转、调速等控制模式。
只不过转速误差较大，适用于中小功率的无刷电机。
3. 正弦波控制模式正弦波控制模式是通过推导正弦函数来进行控制。
这种控制方式非常适用于BEMF（反电势）功能模块。
当转子转动的时候，会产生“反电动势”（BEMF），这个反电动势正好可以反向控制电流。
所以使用正弦波控制模式的话，能够更加精确的掌控转速和力矩。
到这里，我们已经讲述了无刷电机的控制模式。
无刷直流电机的控制技术研究与应用
无刷直流电机的控制技术研究与应用无刷直流电机是一种应用广泛的电机类型，具有高效率、高转矩、高精度等特点，在工业自动化、机器人、电动车、飞行器等领域得到了广泛应用。
而要实现对无刷直流电机的有效控制，则需要掌握一定的控制技术，既可以提高电机的性能，也可以保障其安全可靠的运行。
本文将从无刷直流电机的基本构造和性能特点入手，探讨无刷直流电机控制技术的研究与应用。
一、无刷直流电机的基本构造与性能特点无刷直流电机由转子、定子、磁极和霍尔元件等组成。
在电机运行时，驱动电流经过定子绕组，通过不同磁极的磁场作用，使转子转动。
与传统的有刷直流电机相比，无刷直流电机免去了机械式电刷和滑环结构，电机转子由永磁体或电磁感应产生的磁场驱动，因此具有更高的效率、更低的噪声、更少的电磁干扰等优势。
无刷直流电机的性能特点也非常突出。
首先，它的启动转矩大，在开始运转之前即可产生足够的转矩，避免了因惯性产生的起动过程中的能量损耗。
其次，电机转速平稳，速度响应快，特别适用于要求高精度、高速度的场合。
另外，无刷直流电机还可以实现反向转动，具有卓越的调速性能和控制能力。
二、无刷直流电机控制技术的研究与进展无刷直流电机的控制技术涉及到对电机驱动电源的控制、电机转矩及速度的控制、电机过流保护、故障检测等方面。
由于无刷直流电机结构复杂，涉及多个物理学问题，因此其控制技术研究也十分复杂和多样化，但可以从以下几个方面来进行讨论：1.电机控制模型无刷直流电机的控制模型一般采用电动机等效电路模型或分段模型。
其中电动机等效电路模型是将电机看做一个相互耦合的电学系统，将电机的机械性能和电气性能综合考虑，建立电机的动态模型。
通过对该模型的数学仿真，可以得出电机在不同工况下的性能参数，为电机控制系统提供重要参考。
而分segment模型将电机根据工作状态和电气特性进行分段建模，包括低速、高速、过流等工作状态，在不同状态下采用不同的模型，把复杂的电机控制问题转化为简单的控制问题，可极大提高控制效率和精度。
无刷直流电机控制方法
无刷直流电机控制方法
无刷直流电机是一种常见的电机类型，它具有高效、低噪音、
寿命长等优点，因此在各种应用中被广泛使用。
在实际控制过程中，为了更好地发挥无刷直流电机的性能，需要采用合适的控制方法。
本文将介绍几种常见的无刷直流电机控制方法，希望能对相关领域
的工程师和爱好者有所帮助。
首先，我们来介绍一种常见的无刷直流电机控制方法，电压控制。
在电压控制方法中，通过改变电机的输入电压来控制电机的转
速和转矩。
这种方法简单直接，适用于一些对控制精度要求不高的
场合。
但是，电压控制方法无法实现对电机的闭环控制，因此在某
些需要高精度控制的场合并不适用。
其次，我们介绍一种更加高级的无刷直流电机控制方法，电流
控制。
在电流控制方法中，通过控制电机的相电流来实现对电机的
转速和转矩的精确控制。
这种方法可以实现闭环控制，具有较高的
控制精度，适用于一些对控制要求较高的场合，比如工业机器人、
医疗设备等领域。
除了电压控制和电流控制之外，还有一种常见的无刷直流电机
控制方法，磁场定向控制。
在磁场定向控制方法中，通过控制电机的定子磁场和转子磁场之间的相对位置关系，来实现对电机的转速和转矩的精确控制。
这种方法在高性能电机控制领域应用广泛，可以实现高效、高精度的电机控制。
总的来说，无刷直流电机控制方法有多种，每种方法都有其适用的场合和特点。
在实际应用中，需要根据具体的控制要求和环境条件选择合适的控制方法。
希望本文介绍的内容能够对相关领域的工程师和爱好者有所帮助，也欢迎大家对无刷直流电机控制方法进行深入研究和探讨。
一体化无刷直流电机控制研究和实现的开题报告
一体化无刷直流电机控制研究和实现的开题报告1. 研究背景随着智能化技术的发展，无刷直流电机已经成为了现代机械控制领域中不可或缺的重要组成部分。
因其具有高效、易调、噪音小等优点，被广泛应用于诸如家用电器、电动车、机器人等各个领域中。
而为了更好地控制无刷直流电机的运动，一体化无刷直流电机控制技术应运而生。
2. 研究目的本项目旨在研究一种基于Numerical Control（NC）技术的一体化无刷直流电机控制器的设计和实现方法。
通过分析传统无刷直流电机控制系统存在的问题和不足，结合NC技术特点，实现单个控制器对多个无刷直流电机的控制。
3. 研究内容（1）无刷直流电机基础理论研究首先，本项目将对无刷直流电机的结构、原理、工作特性和驱动技术等方面进行深入的理论研究，以理论为基础，为后续实验提供依据。
（2）一体化无刷直流电机控制器的设计与实现基于NC技术，本项目将设计一种具有高容错性、多功能和高性价比的一体化无刷直流电机控制器。
通过算法设计和电路板布线，实现一体化控制器的硬件设计。
同时，通过程序编写，实现控制程序及相关的参数调整，计算和控制。
（3）实验测试与数据分析在完成控制器的设计和实现后，我们将进行一系列实验测试，对于控制器的性能及无刷直流电机的运动特性进行分析和评测。
利用实验数据，分析实验结果，优化控制技术。
4. 预期成果本项目的预期成果为：一种具有高容错性、多功能和高性价比的一体化无刷直流电机控制器，完整的控制程序及相关的参数调整，计算和控制；分析实验结果，探究并解决现有无刷直流电机控制方案中的问题；提出一些改进控制方法的思路，并为未来更加高效、稳定的控制方法提供一定的借鉴和支持。
5. 研究方法本项目采用理论研究、实验研究和数据分析相结合的方法，其中，理论研究主要包括无刷直流电机的结构、原理、工作特性和驱动技术等方面。
实验研究通过硬件设计和程序编写完成相关的实验，并利用实验数据分析实验结果。
在数据分析方面，我们将使用MATLAB等数据分析软件进行数据整理和分析。
直流无刷电机控制实验系统设计与实现
直流无刷电机控制实验系统设计与实现摘要：伴随着社会和科技的发展，在产业的制造与使用中，永磁材料、电力电子技术、传感器技术、现代控制理论以及微型计算机技术都取得了巨大的进展。
基于上述相关材料、技术的研发与集成，使得其在直流无刷电动机的应用技术更为完备与成熟，并具有高效率、长寿命、低噪声等优良的速度－转矩性能等优点。
在新时期、新情况下，直流无刷电动机以其众多的优势和特点，在工业、家电等行业得到了越来越多的应用，这就对电动机的控制提出了越来越高的要求。
本文在已有的科研成果的前提下，针对当前我国在直流无刷电机方面的研发现状，提出了直流无刷电机的发展方向。
关键词：直流无刷电机；发展；现状分析由于其具有高效率、低噪声、结构紧凑、可靠性高、维修费用低等优点，在各类新能源汽车和各类家用电子产品中得到了广泛应用。
本文所设计的 BLDCM控制试验系统是以EV汽车为原型，具有EV汽车的基础性能；并对电动式汽车控制系统中的每一个功能进行了分区、分区的划分，方便了详细的试验方案的实施；同时，本试验所使用的24V的电压，使整个试验系统的直流母线电流不超过2A，从而避免了因大功率而造成的安全隐患和设备的损坏。
在软件设计方面，对程序的流程图进行了细致的设计，将各种控制功能以不同的形式包装起来，方便了软硬件的协作调试。
该实验平台可以应用于课堂实验，可以应用于课程设计，可以进行创新实验。
一、直流无刷电机（一）直流无刷电机基本结构直流无刷电机是同步电机的一种，即电机转子的转速主要受电机定子旋转磁场的速度和周边相应转子极数的影响直流无刷电机是21世纪发展起来的一种新型的机电一体化装备，它的主要组成是由电机本体、传动机构等组成，尤其是在工业生产中，被越来越多的人所采用。
至于直流无刷电机，则是将新老两代直流电机的优势相结合，不仅保留了传统直流电机的优势，而且在具体的结构设计上，基本上去掉了碳刷和滑环，达到了无级调速，而且速度范围也相对较宽，这样的话，在使用过程中，其过载能力会得到极大的提高，而且可靠性、稳定性和适应性也会得到很好的改善，最主要的是，在维护和维护过程中，可以方便地进行操作和维护。
无刷直流电机运行原理与基本控制方法
无刷直流电机运行原理与基本控制方法无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种新型的电机，它与传统的有刷直流电机相比具有无刷、长寿命、低噪音、高效率等优点，因此在众多电动设备中得到广泛应用。
下面将介绍无刷直流电机的运行原理以及基本控制方法。
无刷直流电机由转子和定子组成。
定子上通常安装有三个正弦波分布的绕组，转子上安装有多个永磁体。
当电源施加在定子绕组上时，绕组内产生三相交流磁场，永磁体受到定子磁场的作用而旋转。
无刷电机实际上是一种由电脉冲驱动的电机，控制器通过给定的电流波形控制磁场的大小和方向，从而控制电机的转速和方向。
1.开环控制：开环控制是指在控制电机转速时仅根据给定转速信号来控制电机的工作状态，不考虑电机实际转速，也不进行反馈控制。
开环控制简单、成本低，但对于负载变化、电压波动等因素敏感，稳定性较差。
开环控制主要有直接转速控制和扭矩控制两种方式。
(1)直接转速控制：通过控制输入电压或电流的大小来控制电机的转速。
比如，PWM控制器可以根据所设定的占空比控制电流的大小，从而影响电机的转速。
(2)扭矩控制：通过控制输入电流的大小来控制电机的输出扭矩。
可以使用电流传感器来测量电机的电流，并通过调整电流大小来控制扭矩输出。
2.闭环控制：闭环控制是在开环控制的基础上加入反馈控制，以提高电机的稳定性和动态性能。
闭环控制可以根据电机实际转速与设定转速之间的误差来调整控制信号，从而使电机的运行更加精确。
通常使用位置传感器、速度传感器或反电动势等反馈信号来进行闭环控制。
闭环控制的主要方式包括位置环控制、速度环控制和电流环控制。
(1)位置环控制：通过位置传感器检测电机的位置，并将该信息与设定位置进行比较，然后根据误差信号进行控制。
位置环控制可以实现较高的精度，但对传感器的要求较高。
(2)速度环控制：通过速度传感器检测电机的转速，并将该信息与设定转速进行比较，然后根据误差信号进行控制。
(完整)无刷直流电机开环、速度换、电流环
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无刷电机驱动器设计中开环、速度环、电流环1、开环控制开环控制,驱动器通过PWM调制MOS管斩波频率的占空比来调节电机功率输出，空载情况下占空比100%时输出转速达到最高。
2、速度环驱动器以转速为调整目标，电机的输出转矩为了保持速度而调整。
为什么需要速度环?因为现实中电机的负载是变动的，用固定占空比控制会导致电机速度随着负载的变化而变化。
在要求电机转速保持恒定的环境，要求驱动器能随着负载变换自动调节占空比输出。
无刷电机内部的霍尔传感器作为速度反馈精度还凑合,这点比其它电机有先天的优势.对速度反馈量做PID算法占空比可以实现速度闭环。
一个例子就是，用开环控制在低速模式会因为转矩太小导致电机无法带动负载，如果使用了速度环电机可以自动增大转矩比来保持带负载低速转动.3、电流环（转矩环）电流闭环模式下驱动器以转矩为调整目标，目标就是使得电机能以最大转矩转动。
为什么在速度环的条件下增加电流环？还是回到上面的例子，如果低速环境下，速度环可以提高电机的低速转矩，但是为了防止驱动器输出负载超过电机本身的承受能力，电机以最大的允许电流输出转矩。
从这一点出发电流环作用，主要是2个,一是启动过程的加速,二是对电机最大工作电流的保护。
4、速度、电流双闭环控制。
双闭环控制的提出主要是针对电机启动过程，陈伯时〈〈电力拖动〉>中指出,电机双闭环理想情况下是启动时是电流环，稳定时只有速度环。
无刷直流电机驱动控制技术的研究与应用
无刷直流电机驱动控制技术的研究与应用无刷直流电机（BLDC）是目前应用最广的一种电机类型之一，由于具有功率密度高、效率高、噪音小、寿命长等优点，BLDC在许多领域都有广泛的应用，如电动汽车、航空航天、工业自动化等。
而BLDC的驱动控制技术则是影响其性能和可靠性的重要因素之一。
本文将探讨无刷直流电机驱动控制技术的研究与应用。
1. BLDC电机的结构与原理BLDC电机的结构与普通直流电机相似，都是由转子和定子两部分组成。
其区别在于BLDC电机的转子是由多个永磁磁极组成，而定子则是由若干个绕组构成。
BLDC电机的转子与定子之间的同步旋转是通过电子控制器控制电流的方向和大小来实现的。
BLDC电机的原理是基于三相电流控制，根据磁通理论，当定子上的三个绕组中的一组接通电源时，产生的磁场会吸引转子上最近的永磁磁极，使其旋转到相应的位置。
此时，控制器会关闭这组绕组，接通下一组绕组，以此类推，从而使转子旋转。
控制器需要根据转子位置和速度的反馈信号来计算出正确的绕组电流控制方式，以确保BLDC的高效、稳定和可靠运行。
2. 无刷直流电机驱动控制技术的发展随着半导体技术的不断进步，无刷直流电机的控制技术也在不断发展。
早期的BLDC驱动器主要采用基于模拟电路的PWM控制器，但由于其成本高、可靠性差和噪音大等缺点，现在已经基本淘汰。
现代的BLDC驱动器采用数字控制器，基于先进的控制算法实现高效、精确和稳定的电机控制。
其中，基于反电势检测的电机驱动技术（FOC）是目前广泛使用的一种技术。
FOC是一种矢量控制技术，在电机转子坐标系下采用空间矢量调制技术，根据电流、位置和速度反馈信息来计算并控制电机绕组的电流，以实现BLDC电机高效、稳定的运行。
3. 无刷直流电机驱动控制技术的应用无刷直流电机广泛应用于电动汽车、无人机、航空航天、家用电器、工业自动化等领域。
其中，电动汽车是BLDC电机的最大应用市场之一。
BLDC电机在电动汽车中具有高效、节能、环保、寿命长等优点。
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2008年第3期(总209期)压缩机技术 ・25・收稿日期:2008-01-10文章编号:100622971(2008)0320025204空压机用直流无刷电机的开环控制研究张鹏峰,钟美鹏,郑水英(浙江大学,浙江杭州310027)摘 要:为提高空压机整机效率,空压机采用直流无刷电机直联驱动。
同时为降低成本,借鉴直接转矩控制的思想,提出了一种简单的基于单片机的变占空比开环控制方法。
给出了基于Si m ulink 的仿真计算。
计算结果表明,这种控制方法简单可行,压缩机转速波动较小,且有着较好的稳定性和抗干扰能力。
该方法适用于阻力矩波动较大且成本控制严格的场合,如往复式空压机和往复泵等。
关键词:空压机;直流无刷电机;开环控制中图分类号:TH457 文献标识码:A Research on open loop con trol of BLDC dr i v i n g a i r com pressorZHANG Peng 2feng,Z HONG Mei 2peng,Z HENG Shui 2ying(Zhejiang U niversity ,Hangzhou 310027China )Abstract :To i m p r ove air comp ress or ’s efficiency,BLDC is used t o drive the air comp ress or .The ai m of this pa 2per is t o reduce the cost and enhance the efficiency of air comp ress or,thus based on the D irect Torque Contr ol method,a si m p le open l oop contr ol method that is t o change the pulse width according t o the resistant t orque is p r ovided .Si m ulati ons on the basis of Si m ulink are put f or ward .The results show that the fluctuati on of comp res 2s or ’s r otating s peed is s mall using this contr ol method,and it has r obustness .I n the situati on that the fluctuati on is great while the cost is strict,this method is app r op riate,for exa mp le,reci p r ocating air comp ress ors and reci p 2r ocating pu mp s .Key words :air comp ress or;BLDC;open l oop contr ol1 引言目前,直流无刷电机的控制方法有多种[1],但生产成本普遍较高,不适用于低成本的小型空压机。
为了降低成本,我们提出直流无刷电机采用无传感器控制方式。
考虑到空压机阻力矩与电机转角以及压缩机排气压力都有着特定不变的关系,进一步省去了电机转角和转速的测量,采用开环控制,由单片机输出控制信号,根据空压机阻力矩曲线,设定一个周期的不同区域采用不同的占空比,从而实现电机带负载的较平稳运转。
2 压缩机的阻力矩压缩机分压缩、排气、膨胀、吸气4个过程,在排气过程阻力矩最大,在吸气过程阻力矩最小,根据压缩机的热力学和动力学分析[2],可以计算出压缩机阻力矩与转速、排气压力的相对关系。
压缩机活塞在工作过程中所受到的气体压力如表1所示。
表1 气体压力压缩排气膨胀吸气气缸内压力p =S +S 0x i +S 0m×p s p =p d p =S 0x i +S 0m×p d p =p s 表中:p s 为进气压力,p d 为排气压力,m 为压缩和膨胀过程的当量多变指数,S 0为余隙容积的当量行程,x i 为活塞的位移,S 为活塞的行程,压力乘以活塞面积就是气体力。
活塞组件在往复运动过程中还受到往复惯性力的作用,其大小为I =m s r ω2(co s α+λcos2α)(1)式中 m s ———活塞组件的往复运动质量ω———曲轴旋转角速度α———曲柄的瞬时位置・26 ・压缩机技术第3期λ———曲柄半径与连杆长之比活塞组件在往复运动过程中还受到各种摩擦力的作用,为简化计算,可根据摩擦力所消耗的功率作定值估算R s =016N m ×602S n(2)式中 N m ———压缩机总的机械摩擦所消耗的功率作用在活塞上的综合活塞力p ∑=p +I +R s 通过曲柄连杆机构传递到曲柄销上后,又可分解为切向力分量和法向力分量,其中的切向力分量乘以曲柄半径r 就是压缩机的阻力矩(此处忽略了压缩机的旋转摩擦力矩),其表达式为M T =Tr =p ∑r sin α+λsin2α21-λ2sin 2α图1 阻力矩曲线 图1给出的是压缩机的阻力矩曲线。
由图可以看出:在一个周期内阻力矩曲线的波动非常大,很明显,这会导致转速的波动,进而引起电机输出转矩的波动和电机效率的下降。
为此需要研究一种简单、低成本的驱动压缩机的专用控制方法。
3 直流无刷电机的一种简单开环控制方法压缩机阻力矩相对电机转子位置是确定的,而小型空压机通常不需要频繁改变转速,为确保控制系统的低成本,首先确定采用无传感器的开环控制方法。
当阻力矩波动很大时,为确保转速平稳,最有效的方法是直接转矩控制法,但这种控制方法相对比较复杂,成本高。
我们认为,所谓的直接转矩控制可以简单理解为阻力矩大时电机给出较大的输出转矩,阻力矩小时则给出较小的输出转矩。
考虑到压缩机阻力矩相对电机转子位置的确定性,我们可以借鉴直接转矩控制法的思想,将一个周期分解为若干个区域。
在压缩机的排气阶段,如图1中转角310°左右,阻力矩较大,单片机会增加P WM 信号的占空比。
反之,在压缩机的吸气和膨胀过程,阻力矩较小,如图1中转角0～180°,单片机会减小P WM 信号的占空比。
在某些区域中,阻力矩曲线变化较大,为了简化,我们取其平均值。
每一个区域的占空比可以根据计算或实验得到,然后存放在单片机中。
当然,为了使转速更加平稳,可以根据阻力矩曲线的变化将区域划分得更细一些。
4 空压机用直流无刷电机开环控制的仿真研究 为了验证这种简单开环控制方法的可行性和稳定性,我们借助Matlab 对此进行了仿真计算。
控制信号为上桥臂调制、下桥臂常开,P WM 信号中不同区域的占空比变化通过S 2functi on 函数P WM 2contr ol 编程实现。
压缩机阻力矩特性由S 2functi on 模块Torque 实现。
在Matlab711的si m ulink 的环境下,利用Si m Power Syste m 中提供梯形波永磁直流无刷电机BLDC 模型,逆变器为I G BT 模块。
母线电压为380V,电机参数为定子电阻R s =21875,定子电感L s =215e -3H,磁场强度B =01275Wb,转动惯量J =018e -3,摩擦系数F =1e -3,电机为4对极。
压缩机进气压力为01098MPa,排气压力0193MPa,压缩机转速1200r/m in,根据压缩机转速和电机的极对数可以确定控制信号频率为80Hz 。
411 占空比恒定和变化条件下的压缩机运行特性在电机启动过程中采用随着转速增加占空比逐渐增大的方法,根据计算选择合适的占空比使电机能较平稳启动,并且在达到额定转速时波动最小。
如果转速稳定后保持根据阻力矩曲线所划分的各个区域的占空比都相同,仿真计算结果见图2的虚线所示,可以看出转速的波动很大。
而且由于转速的波动导致输出转矩的波动也很大(见图3),尽管各个区域的占空比都是一样的,但阻力矩的变化使得输出转矩却明显不同,有些地方甚至出现了很大的负力矩,很明显,这将引起很大的振动和电机效率的下降。
为了改善压缩机的工作特性,采用改变占空比的控制方法,即占空比不仅仅随着转速的变化而变化,同时在根据阻力矩特性所划分的不同区域内占空比也不同。
将排气阶段的占空比加大,吸气和膨胀阶段占空比相应减小,压缩阶段的占空比也适当减小。
仿真计算结果如图2的实线所示,可见转速的波动大大降低了,而且反向输出力矩也几乎不见第3期张鹏峰,等:空压机用直流无刷电机的开环控制研究・27 ・了(图4),输出转矩基本上就是我们所需要的转矩。
这样压缩机的运转更加平稳,没有了反向力矩的干扰,电机效率也会更高。
对比转速波动较大时输出力矩图3和图4中占空比变化转速减小后输出力图可知,转速波动大时输出力矩的正向力矩和负向力矩都比较大,正向最大为15N.m 且超过10N.m 的时间段较长,负向最大将近-55N.m ,变占空比控制后,输出的正向力矩绝大部分时间内小于10N.m ,负向力矩明显减少,数值也小于-10N.m 。
可见变占空比控制使所需电机的输出功率减小,同时负力矩的显著减小大大降低了电机的能耗,这就为减小电机的体积降低成本并提高整机的效率提供了可能。
这说明变占空比控制完全适用于驱动往复式空压机的直流无刷电机。
为便于分析,将电机在011s 内的转速波动、输出力矩和阻力矩图合并为图4,由图可见,在阻力矩较小的阶段,因为设置的占空比小,输出力矩较小,转速平稳增加,转速的持续增加导致转速过快而使电机位置与控制信号相位产生偏差,在换相前的短时期内出现负力矩。
但由于前面的占空比已经减小,抑制了转子的升速的程度,故负力矩出现的时间很短,幅值也不大。
随后压缩机阻力矩迅速增加,转速又开始下降,负的输出力矩消失。
此时在阻力矩很大的地方适当增加占空比,可以减缓转速的下降,使转速波动曲线相对平稳。
当压缩机再次进入吸气阶段时,转速重新回升,新的一个周期又开始了。
412 变占空比控制的抗干扰分析通常压缩机的排气压力会由于用户的用气量而出现一些波动,由此导致阻力矩曲线的变化,这是否会在一定程度上影响压缩机的稳定运行,甚至出现失速的情况呢?我们对此也进行了仿真研究。
保持上一小节中设定的各区域的占空比不变,改变压缩机的排气压力进行仿真计算,计算结果见表2,在排气压力为010882MPa 的情况下设定的占空比,适用的排气压力范围为[0184MPa,1118MPa ],超出这个范围,有可能出现失速现象,但在这个范围内,转速变化是相当稳定的。