第4章3无刷直流电机调速系统
无刷直流电机调速系统的控制原理
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无刷直流电机(BLDC)双闭环调速解析
无刷直流电机(BLDC)双闭环调速系统在无刷直流电机双闭环调速系统中，双闭环分别是指速度闭环和电流闭环。
对于PWM 的无刷直流电机控制来说，无论是转速的变化还是由于负载的弯化引起的电枢电流的变化，可控量输出最终只有一个，那就是都必须通过改变PWM的占空比才能实现，因此其速度环和电流环必然为一个串级的系统，其中将速度环做为外环，电流环做为内环。
调节过程如下所述：由给定速度减去反馈速度得到一个转速误差，此转速误差经过PID调节器，输出一个值给电流环做给定电流，再由给定电流减去反馈电流得到一个电流误差，此电流误差经过PID 调节器，输出一个值就是占空比。
在速度环和电流环的调节过程中，PID的输出是可以作为任意量纲(即无量纲，用标幺值来表示；标幺值：英文为per unit，简写为pu，是各物理量及参数的相对单位值,是不带量纲的数值)来输入给下一环节或者执行器的，因此无需去管PID输出的量纲，只要是这个输出值反映了给定值和反馈值的差值变化，能够使这个差值无限趋近于零即可，相当于将输出值模糊化，不用去搞的太清楚，如果你要是一直在这里纠结输出值具体是个什么东西时，那么你就会瞎在这里出不来了。
假如你要控制一个参数，并且这个参数的大小和你给定量和反馈量有着直接的关系(线性关系或者一阶导数关系或者惯性关系等)，那么就可以不做量纲变换。
比如速度环的PID之后的输出就可以直接定义为转矩，因为速度过慢就要提高转矩，速度过快就要减小转矩，PID输出量的意义是调整了这个输出量，就可以直接改变你要最终控制的参数，并且这个输出量你是可以直接来控制的，这种情况下PID输出的含义是你可以自己定的，比如直流电机，速度环输出你可以直接定义为转矩，也可以定义为电流，然后适当的调节PID的各个参数，最终可以落到一个你能直接控制的量上，在这里最终的控制量就是占空比的值，当占空比从0%—100%时对应要写入到寄存器里面的值为0—3750时，那么0—3750就是最终的控制量的范围。
无刷直流电机的PID调速控制系统
无刷直流电机的 PID 调速控制系统
The Speed Control System of Brushless DC Motor
安徽蚌埠学院电子与电气工程学院 丁少云（Ding Shaoyun） 薛达（Xue Da）
随着科技的发展，传统的直流电机在某些功能上已经无法满足实际需要。在此基础上，无刷直流电机被研制出来。但由于 该电机存在了一些非线性、时变性等特点，在实际应用中，为了解决这种情况的影响，我们常采用PID调速控制，其为比例、积 分、微分控制，PID控制器诞生已有70年的历史，是比较成熟的技术。其以结构简单、稳定性高和工作可靠等众多优点而广受青 睐。 关键词: 无刷直流电机；智能控制；PID；Simulink
这样，随着时间的增长，细小的误差也会增大，随后其 将输出的放大误差信号传输给后一级，从而使电路的稳 态误差进一步减小，直至消减为零。因此比例积分控制 器可以使得系统在稳态状态下零稳态误差。积分环节的 调节作用虽然会消除静态误差，但也会降低系统的响应 速度，增加系统的超调量。积分常数越大，积分的积累 作用越弱。虽然此时系统在过渡时不会产生振荡，但是 增大积分常数会减慢静态误差的消除过程。在微分控制 系统中，控制器的输出与输入误差信号的变化率成正比。 即为微分关系。
Abstract: With the development of science and technology,the traditional DC motor can’t meet the practicalneeds in some functions.On the basis,brushless DC motor is developed.However,there are some nonlinearity,time varying and so on.In practice,To solve the impact of this situation,we often use the PID speed control.It is proportional,integral,differential control.The birth of the PID controller has been 70 years old and is a mature technology.Its advantage include simple structure,high stability and reliability. Key Words: Brushless DC motor; Intelligent; PID;Simulink
直流无刷电机是如何实现调速的？
直流无刷电机是如何实现调速的？
【导读】直流无刷电机是如何实现调速的？这个问题机电公司每隔几天都会遇到，是对无刷电机有使用需求的潜在客户来电咨询的常见问题，所以很有必要为大家讲解一下这方面的知识。
直流无刷电机没有电刷磨损，维护相对简单，较有刷可靠，但需加装驱动（换向）电路。
直流无刷电机的调速方式第一种情况是：主要靠电压来控制，力矩主要由电流来控制，一般会带一个配套的电机驱动器，改变驱动器的输出电压就可以控制电机的速度，如果没有驱动器，想自己直接控制电机的话，需要看电机的功率和工作电流。
如果是小功率的电机可以用电阻调速（不建议使用，方法很简单，串联个电位器即可，不过这种方式会降低效率，所以不提倡），大功率的电机不能使用电阻调速，因为这样需要一个小阻值大功率的电阻（电机工作阻值很小），这种电阻不好找而且这种方案效率太低，最好还是找个配套的驱动器。
直流无刷电机的第二种调速方式：PWM调速，直流电机的PWM调速原理与交流电机调速原理不同，它不是通过调频方式去调节电机的转速，而是通过调节驱动电压脉冲宽度的方式，并与电路中一些相应的储能元件配合，改变了输送到电枢电压的幅值，从而达到改变直流电机转速的目的。
它的调制方式是调幅。
PWM控制有两种方式：
1.使用PWM信号，控制三极管的导通时间，导通的时间越长，那么做功的时间越长，电机的转速就越高
2.使用PWM控制信号控制三极管导通时间，改变控制电压高低来实现
直流有刷电机的优点在于启动力矩大，调速系统结构简单，价格低廉，然而缺点也有很多如噪音大，容易损坏，要换碳刷，所以逐步被直流无刷电机所取代。
电梯门机用无刷直流电机调速系统设计与应用
电梯门机用无刷直流电机调速系统设计与应用一、引言电梯门机是电梯运行中最为重要的部件之一，它的稳定性和可靠性对于电梯的安全运行至关重要。
在电梯门机中，无刷直流电机调速系统是关键技术之一，它可以提高电梯门机的控制精度和效率，保证电梯门机的平稳运行。
本文将详细介绍无刷直流电机调速系统在电梯门机中的设计与应用。
二、无刷直流电机调速系统设计1. 无刷直流电机简介无刷直流电机是一种以永磁体为转子、三相交错绕组为定子的交流异步马达。
它采用了先进的PWM控制技术，可以实现高效率、低噪音、低振动等优点。
2. 无刷直流电机调速系统结构无刷直流电机调速系统主要由控制器、功率放大器和编码器三部分组成。
其中，控制器负责接收输入信号并进行处理；功率放大器则将处理后的信号转换成驱动信号；编码器则用于反馈转子位置信息。
3. 无刷直流电机调速系统工作原理当控制器接收到输入信号后，会根据设定的控制算法计算出电机所需的转速和转矩。
然后，控制器将计算结果传递给功率放大器，功率放大器则将信号转换成驱动电流。
最后，编码器会反馈转子位置信息，并校正控制器的计算结果。
4. 无刷直流电机调速系统参数选择在设计无刷直流电机调速系统时，需要考虑以下几个参数：（1）电机额定功率和额定转速；（2）控制器采样周期和控制算法；（3）功率放大器输出电压和输出电流；（4）编码器分辨率和反馈周期。
三、无刷直流电机调速系统应用1. 电梯门机中的无刷直流电机调速系统在电梯门机中，无刷直流电机调速系统可以实现精准的门扇开启和关闭控制。
通过对门扇运动轨迹进行精确测量，并根据测量结果进行闭环控制，可以保证门扇开启和关闭的平稳性和精确性。
2. 无刷直流电机调速系统在其他领域中的应用除了在电梯门机中应用外，无刷直流电机调速系统还广泛应用于其他领域，如机床、风力发电、电动汽车等。
在这些领域中，无刷直流电机调速系统可以实现高效率、高精度的运动控制。
四、总结无刷直流电机调速系统是一种先进的驱动技术，可以实现高效率、低噪音、低振动等优点。
无刷直流电机工作原理及PWM调速
稀土永磁材料的Hci 比Hcb 大很多，退磁曲线测
量到Hcb 时，被测的稀土永磁体几乎没有退磁；只有
测量到Hci 这一点时，稀土永磁体才退磁了。
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
永磁材料的特性参数
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
永磁材料的特性参数
（6）最大磁能积(BH)max 在B-H 曲线上，每一点都对应一组数值（B，H） 及其乘积BH。在Br 点，H 值为0，故BH 乘积为0； 在Hcb 点B 值为0，故BH乘积也为0。在此两点之间
必定有一点的BH 乘积达到最大，记为(BH)max，并
称它为最大磁能积。永磁材料的最大磁能积代表储存
在它里面的磁能密度。
永磁材料的去磁曲线表示永
磁材料被完全磁化后无外励
磁时的 B—H关系。
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
永磁材料分类 常用的永磁材料有铝镍钴（AlniCo）、钡铁氧体 （Ba-Ferrite）和锶铁氧体（Sr-Ferrite）、钐钴 （SmCo 2∶17 型和SmCo 1∶5 型）和钕铁硼 （NdFeB），这是按发明的先后顺序排列的； 若按年产吨位排列则为：铁氧体、钕铁硼、铝镍 钴、钐钴；若按销售额排列则为：铁氧体和钕铁 硼并列第一，然后是钐钴、铝镍钴。
Wb。
华北电力大学 电机教研室
《电机学》
§25-1永磁材料及其特性参数
永磁材料的特性参数
（2）磁通密度（B）
单位面积（S）上垂直通过的磁通量（Φ）叫做磁 通密度（B），B=Φ/S。 1T=1Wb/m2，1G=1Mx/cm2，1T=10000G
直流无刷电机调速原理
直流无刷电机调速原理直流无刷电机是一种新型的电动机，它具有高效率、低噪音、低振动、长寿命等优点，因此被广泛应用于各种电动设备中。
在实际应用中，直流无刷电机需要根据实际需求进行调速，以满足不同的工作要求。
本文将介绍直流无刷电机的调速原理及其实现方法。
一、直流无刷电机的基本原理直流无刷电机是一种基于电子换向技术的电动机，它的转子上没有传统的电刷和集电环，而是采用永磁体或电磁铁作为转子，靠电子器件对电机的转子进行换向控制。
直流无刷电机的转子和定子之间通过磁场相互作用产生电磁转矩，从而实现电机的转动。
直流无刷电机的工作原理可以分为两个阶段：电子换向和电磁转矩产生。
在电子换向阶段，电机控制器通过检测转子位置信号，控制电子器件对电机的相序进行调整，从而使得电机的磁场方向与转子位置相匹配，实现电子换向。
在电磁转矩产生阶段，电机的转子和定子之间产生的磁场相互作用产生电磁转矩，从而推动电机的转动。
二、直流无刷电机的调速原理直流无刷电机的调速原理主要是通过改变电机的电压和电流来改变电机的转速。
在实际应用中，直流无刷电机的调速方式主要有以下几种：1. 电压调速电压调速是最简单的调速方式，它通过改变电机的电压来改变电机的转速。
当电机的电压降低时，电机的转速也会降低。
因此，通过控制电机的电压，可以实现电机的调速。
电压调速的缺点是效率低，因为电机的功率不变，但电压下降会导致电机的电流增加，从而产生大量的损耗。
2. 电流调速电流调速是通过改变电机的电流来改变电机的转速。
当电机的电流增加时，电机的转速也会增加。
因此，通过控制电机的电流，可以实现电机的调速。
电流调速的优点是效率高，因为电机的功率不变，但电流增加不会产生大量的损耗。
但是，电流调速需要较为复杂的电路控制，因此成本较高。
3. PWM调速PWM调速是一种基于脉冲宽度调制技术的调速方式，它通过改变电机的脉冲宽度来改变电机的平均电压和电流，从而实现电机的调速。
当脉冲宽度增加时，电机的平均电压和电流也会增加，从而实现电机的加速。
无刷直流电动机调速系统设计
目录1绪论 (1)1.1 直流无刷电动机发展状况 (1)1.2直流无刷电机控制技术的发展 (1)2 直流无刷电动机的工作原理 (3)2.1 直流无刷电动机的结构与原理 (3)2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型 (4)2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 (5)3 直流无刷电动机控制系统的数学模型 (6)3. 1直流无刷电动机的基本方程 (8)3. 2直流无刷电动机控制系统的动态数学模型 (11)4 硬件电路 (13)4.1 主电路 (13)4.2换相电路 (15)5 软件部分设计 (17)5. 1软件总体构成 (17)5. 2主程序的设计 (17)5. 3中断子程序的设计 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (23)1绪论1.1 直流无刷电动机发展状况电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已经遍及国民经济的各个领域，电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。
直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中。
但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向，存在相对的机械摩擦，和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。
因此，早在1917年，Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。
1955年，美国D·Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。
1978年，原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。
二十世纪80年代国际上对无刷电机开展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波无刷直流电机，在10多年的时间里，无刷直流电机在国际上己得到较为充分的发展。
基于pwm技术的无刷直流电机的调速系统设计大学论文
基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。
但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。
MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。
最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。
关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。
无刷直流电机调速系统控制策略
无刷直流电机调速系统控制策略无刷直流电机工作原理无刷直流电动机由定子绕组、永磁转子、逆变器、转子磁极位置检测器等组成。
其转子采用永久磁铁，进行特殊的磁路设计，可获得梯形波的气隙磁场。
定子采用整距集中绕组，通过功率控制器控制各项绕组的通断状态以供给电机方波电流。
驱动电路逆变器图中V1－V6为六个MOSFET功率管，起绕组开关作用，通过控制电路中开关的通断来控制电流的流向。
上桥臂的三个开关管V1、V13、V5是P沟道功率MOSFET，栅极电位低电平时导通；下桥臂三个开关管V2、V4、V6是N沟道功率MOSFET，栅极电位高电平时导通。
这些开关管的通断通过位置检测电路获得的转子位置信号，由内部逻辑来控制。
DC 24V图1.直流无刷电机驱动电路逆变电路开关管的导通方式对于如图1所示逆变电路开关管的通断，其控制方式有两种：二二导通和三三到导通方式。
所谓三三导通方式，是指在任何一个瞬间有三个开关管同时导通，各开关管的导通顺序为：V1V2V3--V2V3V4--V3V4V5--V4V5V6--V5V6V1--V6V1V2，如此循环。
可见，在每个周期的六个状态当中，每个开关管连续有三个状态是导通的，也就是说，每个开关管导通180o电角度。
所谓二二导通方式，是指在任何一个瞬间有二个开关管同时导通，各开关管的导通顺序为：V1V2--V2V3—V3V4—V4V5—V5V6—V6V1，如此循环。
可见，在每个周期的六个状态当中，每个开关管连续有两个状态是导通的，也就是说，每个开关管导通1200电角度。
可见，在三三导通方式下，每对上下连接的开关管导通无时间间隔，这样的话，如果有一个管子的关断稍微延迟，就会发生短路，电源和开关管都有可能烧坏：而在二二导通的方式下，每对上下相连的开关管的导通有60o电角度间隔，在这60o电角度中，上下两个开关管都不导通，这样就不可能发生短路现象。
另外，二二导通三相六状态工作方式恰好可以跟永磁转子的方波气隙磁场对应，产生最大磁力，转矩平稳性好。
直流电机及调速系统工作原理课件
直流电机调速系统的基本原理
调速系统的组成
直流电机调速系统主要由控制器、功率驱动器和直流电机三部分组成。控制器负责接收速度指令和反馈信号，根 据指令和反馈信号计算出控制电压或电流，输出控制信号给功率驱动器。功率驱动器根据控制信号调节电机的输 入电压或电流，从而改变电机的转速。
调速系统的基本原理
调速系统的基本原理是通过改变电机的输入电压或电流，调节电机的输入功率，实现对电机转速的调节。具体来 说，当电机的输入电压或电流增加时，电机的转速增加；当电机的输入电压或电流减小时，电机的转速减小。通 过控制电机的输入电压或电流，可以实现电机的平滑调速和精确控制。
直流电机的工作原理
当直流电源通过电刷和换向器加到电 枢绕组上时，通电的电枢绕组在主磁 极产生的磁场中受到安培力而产生转 矩，驱动转子旋转。
直流电机输出的机械功率通过联轴器 或带轮等传动装置驱动负载转动。
随着转子的旋转，电枢绕组中的电流 方向不断改变，以保持电磁转矩的方 向不变。
直流电机的分类与特点
电机过热
可能是由于电机散热不良或负载过大等原因引起的，应检 查电机的散热系统和负载情况，如有需要可更换更大功率 的电机。
调速系统失灵
可能是由于控制线路故障或传感器、执行器等部件损坏等 原因引起的，应检查控制线路和相关部件，如有需要可更 换损坏的部件。
电机噪音过大
可能是由于机械部件松动或电机轴承损坏等原因引起的， 应检查电机的机械部件和轴承，如有需要可更换轴承。
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医疗器械
直流电机调速系统用于医疗器械中，如呼吸机、 输液泵等，实现精确的流量和速度控制。
航空航天
在航空航天领域，直流电机调速系统用于控制舵 机、起落架等机构，确保飞行的安全和稳定。
电梯门机用无刷直流电机调速系统设计与应用
电梯门机用无刷直流电机调速系统设计与应用1. 引言电梯门机是现代电梯系统中非常重要的组成部分之一，其作用是打开和关闭电梯门。
为了确保电梯门的顺畅运行、稳定性和安全性，采用无刷直流电机调速系统是一种常见且高效的设计方案。
本文将对电梯门机用无刷直流电机调速系统的设计原理、应用场景和优势进行全面探讨。
2. 无刷直流电机的基本原理无刷直流电机是一种基于电子换相技术的电机，其与传统的刷子直流电机相比具有更高的效率和更低的噪音。
无刷直流电机具有以下几个基本原理：2.1 电子换相无刷直流电机通过内置的电子换相器来控制转子磁极的切换，从而实现转子的旋转。
与刷子直流电机不同，在无刷直流电机中，转子上没有传统刷子和电刷，因此摩擦和磨损减少，同时不会产生电刷火花干扰。
2.2 磁极传感器为了准确控制无刷直流电机的换相时机，通常在转子上安装磁极传感器。
磁极传感器能够感知转子磁场的变化，从而确定换相时机和控制转子的旋转速度和方向。
2.3 控制算法无刷直流电机的控制算法通常采用闭环控制，通过反馈转子位置和转速来实现精确的调速控制。
常见的控制算法包括电压PWM控制和电流环控制等。
3. 电梯门机用无刷直流电机调速系统的设计与应用3.1 设计原理为了提高电梯门机的运行效率和性能，采用无刷直流电机调速系统是一种理想的设计方案。
电梯门机用无刷直流电机调速系统的基本设计原理如下：3.1.1 电机选型根据电梯门机的负载特点和工作环境，选择适合的无刷直流电机。
通常需要考虑电机的转矩、速度范围和功率等参数。
3.1.2 位置传感器为了实现闭环控制，需要在电机上安装位置传感器，用于反馈电机的转子位置信息。
常见的位置传感器包括霍尔传感器和光电编码器等。
3.1.3 控制器设计设计合适的控制器来控制电机的转速和位置。
控制器可以基于单片机、PLC或专用的电机控制芯片实现。
控制器需要实时处理位置传感器的反馈信号，并采用适当的控制算法生成驱动信号。
3.2 应用场景电梯门机用无刷直流电机调速系统广泛应用于各类电梯系统中，其在以下场景中表现出了明显的优势：3.2.1 低噪音运行无刷直流电机由于没有传统刷子和电刷的摩擦和磨损，因此噪音较低。
无刷直流电机调速原理
无刷直流电机调速原理
无刷直流电机调速原理是通过不断改变电机的供电电压或电流来实现转速的调节。
为了方便理解，下面将分为几个步骤来介绍无刷直流电机调速原理。
1. 简介：无刷直流电机由转子和定子组成，通过电枢和永磁体的相互作用产生力矩，从而驱动电机转动。
调速原理是基于PWM（脉冲宽度调制）技术，通过改变电机的供电电压和电流来实现转速的调节。
2. 电机控制：无刷直流电机的控制主要包括位置传感器、电机驱动器和控制器三部分。
位置传感器用于检测转子位置信息，电机驱动器负责控制电流和电压的输出，控制器则根据传感器信号和控制算法确定输出的电流和电压。
3. 脉冲宽度调制：脉冲宽度调制是一种调整输出电压和电流的方法，通过不断调整PWM信号的占空比来改变电机的供电电压和电流。
占空比越大，输出电压和电流越高，电机转速也会相应增加。
4. 控制算法：控制器根据位置传感器的反馈信号，利用控制算法来调整PWM信号的占空比，从而控制电机的转速。
常用的控制算法包括电流环控制和速度环控制，电流环控制主要用于电流反馈控制，速度环控制则主要用于转速的闭环控制。
5. 转速调节：根据系统需求，控制器会调整PWM信号的占空比来改变电机的供电电压和电流，从而改变电机的转速。
当需
要提高转速时，控制器会增大占空比，增加供电电压和电流；当需要降低转速时，控制器会减小占空比，降低供电电压和电流。
综上所述，无刷直流电机调速原理是通过不断改变电机的供电电压和电流来实现转速的调节，利用PWM技术和控制算法来实现电机的精确控制。
直流无刷电动机及其调速控制
直流无刷电动机及其调速控制1．直流无刷电动机的发展概况与应用有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。
但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。
为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。
早在1917年，Bolgior 就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。
1955年美国的D.Harrison 等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。
无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步，在无刷直流电动机发展的早期，由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段，可靠性差，价格昂贵，加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约，使得无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留在实验室阶段，无法推广使用。
1970年以后，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型的全控型半导体功率器件（如GTR 、MOSFET 、IGBT 等）相继问世，加之高磁能积永磁材料（如SmCo 、NsFeB ）陆续出现，这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础。
在1978年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的MANNESMANN 公司正式推出了 MAC 无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮，这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。
随着现代永磁材料和相关电子元器件的性能不断提高，价格不断下降，无刷电动机的到了快速发展，并被广泛应用于各个领域，例如，在数控机床、工业机器人以及医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺机械和家用电器等小功率场合，计算机的硬盘驱动和软盘驱动器器中的主轴电动机、录像机中的伺服电动机等。
2．直流无刷电动机的基本结构和工作原理2.1直流无刷电动机的结构直流无刷电动机的结构示意图如图2-1所示。
直流无刷电机调速系统设计
直流无刷电机调速系统设计摘要本文首先介绍了三相直流无刷电机在国内外的发展及其控制系统的研究现状，详细论述了三相永磁直流无刷电机的构成、运行原理、特性分析和其转子位置信号的检测方法;然后设计了控制系统的硬件电路及相应软件。
首先电机的选用问题。
本系统选用了应用比较广泛的三相电机，好处是容易买到还有就是控制比较准确。
三相直流无刷电机是近年来迅速发展起来的一种新型电机，它利用电子换相代替机械换相，既具有直流电机的调速性能，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，并且体积小、效率高，在许多领域已得到了广泛的运用。
本系统以单片机为核心，控制电路为转速闭环控制控制这样可以保证转速控制的准确性和快速性。
因为转速是本系统最重要的数据。
进行调速的方法有很多种本系统经过多方面的比较，最终确定利用PWM技术实现电机的调速。
这样可以保证最终的转速具有一定准确性。
由于考虑到显示效果的因素，本系统选用液晶显示转速。
关键词：直流无刷电机,调速, PWM,PID闭环控制DC Brushless Motor Speed Control SystemABSTRACTThis paper introduces the three-phase DC brushless motor in the domestic and international development and control system status, detail of three-phase permanent magnet brushless DC motor structure, operating principles, characterization and the rotor position signal detection method ; and then design the control system hardware and corresponding software.First, the selection of motor problems. This system use a broader application of three-phase motor, it is easy to get there is the advantage of more accurate control. Three-phase DC brushless motor is developed rapidly in recent years a new type of motor that uses electronic commutation to replace mechanical commutation, both with DC motor speed performance, but also has the AC motor is simple, reliable operation, easy maintenance, etc. advantages, and small size, high efficiency, in many areas have been widely used.Microcontroller as the core of this system, closed loop control circuit to control speed control speed control that can ensure the accuracy and rapidity. Because the system speed is the most important data. Speed governor There are many ways in many aspects of this system is compared to finalize the technology using PWM motor speed control. This guarantees a certain accuracy of the final speed. In consideration of the efect, speed of liquid crystal display used in this system.KEY WORDS:DC brushless motor，speed control，PWM，PID closed loop control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 课题依据及意义 (1)1.2 直流无刷电机的发展 (1)1.3 直流无刷电机控制系统的发展现状 (2)1.3.1 转子位置检测及开关状态切换 (2)1.3.2 速度调节 (2)1.4 本课题研究的主要内容 (3)1.5 本章小结 (3)2 直流无刷电机的运行原理 (4)2.1 简介 (4)2.2 直流无刷电机的工作原理 (4)2.3 永磁直流无刷电机特性分析 (5)2.3.1 电机的基本公式介绍 (5)2.3.2 起动特性 (6)2.3.3 机械特性 (6)2.4 位置传感器及位置检测方法 (7)2.5 本系统选用的的位置检测方法 (7)2.6 本章小结 (7)3 直流无刷电机控制系统的硬件设计 (7)3.1 概述 (8)3.2 直流无刷电机调速电路的整体结构 (8)3.3 直流无刷电机的选择 (9)3.4 驱动芯片的选择 (9)3.5 控制芯片的选择和使用 (11)3.6 辅助控制芯片的用法 (12)3.7 电机位置及速度检测电路 (13)3.8 单片机的选用 (13)3.8.1 单片机的选择依据 (13)3.8.2 MC51系列单片机的介绍 (14)3.9 D/A和A/D的选用 (15)3.10 RS-485通讯协议 (16)IV3.11 显示部分 (18)3.12 键盘部分 (18)3.13 整体设计图 (20)3.14 元器件清单及说明 (24)3.15 本章小结 (25)4 直流无刷电机控制系统的软件设计 (26)4.1 整体概述 (26)4.2 看门狗电路的设计 (27)4.3 RS485部分软件设计 (29)4.4 本章小结： (29)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (33)直流无刷电机调速系统设计 11 绪论1.1 课题依据及意义直流无刷电机是近几年来小电机行业发展最快的品种之一，随着视听产品小、轻、薄化和家电产品的静音节能化以及豪华型轿车需求量增多，直流无刷电动机需要量迅速增加。
直流无刷电机调速原理
直流无刷电机调速原理引言直流无刷电机（Brushless DC Motor，BLDC）是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种领域，包括工业自动化、电动工具、机器人技术和模型飞机等。
为了控制这些电机的速度和运行，了解直流无刷电机的调速原理至关重要。
本文将深入探讨直流无刷电机的调速原理，以及相关的电子控制技术。
第一部分：直流无刷电机基础在探讨调速原理之前，首先需要了解直流无刷电机的基本工作原理。
与传统的有刷直流电机不同，BLDC电机没有碳刷，因此具有更高的效率和可靠性。
它由以下几个关键部件组成：1.永磁体：通常是一个永久磁铁，位于电机的转子（转动部分）中。
这是电机的永久磁场源。
2.绕组：电机的定子（静止部分）上包围着绕组，也称为线圈。
这些绕组通常由铜线绕制，并与电机的电源电路相连。
3.传感器：有些BLDC电机配置了传感器，用于检测转子的位置和速度。
传感器可以是霍尔效应传感器或编码器等。
4.电子控制器：电子控制器是控制电机速度和方向的关键部件。
它根据传感器的反馈信号来决定如何驱动电机。
第二部分：电子控制器的作用电子控制器是直流无刷电机调速的关键。
它的主要功能是根据传感器的反馈信号来确定电机应该如何运行，以达到所需的速度和方向。
以下是电子控制器的工作原理：1.传感器反馈：如果电机配置了传感器，传感器会监测转子的位置和速度。
这些信息通过传感器反馈到电子控制器。
2.控制算法：电子控制器内部包含一个控制算法，它根据传感器反馈信号来计算出正确的控制策略。
这通常是一个闭环反馈系统，允许电机动态调整以维持所需的运行状态。
3.功率驱动：根据控制算法的输出，电子控制器将电源中的电能转化为适当的电流和电压，供电给电机的绕组。
这就是电机开始旋转的过程。
4.相序控制：BLDC电机通常有三相绕组，控制器需要准确确定哪一相应该通电，以使电机旋转。
这是通过改变相序来实现的，以推动电机的转子。
第三部分：电机调速原理现在，让我们深入研究直流无刷电机的调速原理。
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12
5. 电流闭环控制
用于对各相绕组电流幅值进行控制 基本原理
根据获得的电流幅值给定值，通过电流调节器获得逆变电压 的给定值，再通过PWM算法获得各个功率器件的开关信号
路
电流
单相通电
电流
两相通电
13
6. 反向旋转控制方法
特点
位置信号的形式不发生变化
VA1 1 2 3 4 5 6 1
0 VA2
➢ 与反馈电流相比较，并进行电流闭环调节
5
2. 系统工作原理
脉宽调制算法
➢ 将电流调节器的输出信号转化为PWM信号
功率驱动电路
➢ 接收PWM信号，产生逆变电压带动电动机 运行
6
3. 电流波形及功率器件的工作状态
• 两相通电方式
绕组通电电流波形
12 3 4 5 61
iA
0
θ
通电逻辑： 每隔60度改变一次通电状态
使 VA2 0
θ θ
能 VB1
译码逻辑
0
信号 VB2
θ
根据位置信号计算出使能信号
0 VC1
θ
0
θ
VA1 HA • HB VA2 HA • HB
VC2 0
θ
HA
VB1 HB • HC
VC1 HC • HA
VB2 HB • HC
VC2 HC • HA
位0
θ
置 HB
信0
θ
号 HC
0 30 90 150 210 270 300 360 θ
2 30-90
A
A
C＇
B＇
N
C＇
0
B A＇
C
5
A
C＇
B＇
S B
A＇
A C＇
N S
B A＇
0
C
B
A＇ 180-240
3
90-120
A
B＇
N
C＇
0S
C
B
A＇
4
A
B＇
C＇
0
C
B
A＇
120-180
N S
VA1 1 2 3 4 5 6 1
0 VA2
θ
0
θ
VB1
0
θ
VB2
0
θ
VC1
0
θ
VC2
0
θ
HA
0
θ
HB
0
θ
桥式驱动电路各功率器件的使能信号（高电平导通）
绕组通电电流波形
iA
0
θ
iB
0
θ
iC
90
210 330 θ
0 30
150
270 360
驱动电路
VA1 US
VB1 VC1
VA2
VB2 VC2使能信号VA10 VA2
θ
0
θ
A
VB1
B
C
0 VB2
θ
0
θ
VC1
0
θ
VC2
360
0 30 90 150 210 270 330 θ
|Vin|转速环输出
来自 2S80 CP16bit
计数方向 信号
A16
A15 … EPROM1
A0
A16
A15 … EPROM1
A0
REF D/A (AD669)
REF D/A (AD669)
A相电流 给定
第四章 无刷直流电动机及其控制系统
内容提要
引言 有刷直流电动机的电磁关系 无刷直流电动机系统结构及原理 无刷直流电动机的位置传感器 无刷直流电动机系统的功率驱动电路 无刷直流电动机控制系统及应用
1
4.5 无刷直流电动机控制系统及应用
• 方波无刷直流电动机系统 • 正弦波无刷直流电动机系统
位置信号形式
实际情况 在每相绕组所处位置 的磁密过零点开始， 位置信号延时30度
实际位置信号
1 2 3 4 5 61 HA BrA
0
θ
HB BrB
0
θ
HC BrC
0
30 90 150 210 270 300 60 120 180 240 360
θ
11
VA1 1 2 3 4 5 6 1
0
4. 位置信号及译码逻辑
HC
0 30 90 150 210 270 300 360 θ
15
7. 无刷直流电动机控制系统
速度给定
调速旋钮
速度调节
驱动电路
2E72G A
2E72G SSAC
三相桥电路
三相无刷直流电机
M
2E72G SSAC
电源 供电电路
2E72G SSAC
译码 及电流控制
微控制器
电流采样
位置信号反馈
16
8. 应用实例
θ
0
θ
VB1
0
θ
VB2
原来所处位置的转矩应该变为 0
相反方向
VC1
θ
0
θ
VC2
实现方法
0
θ
HA
相对应的绕组电流方向取反
0
θ
上下桥臂对应的使能信号对调
HB 0
θ
HC
0 30 90 150 210 270 300 36014θ
330-30 N
S
1
B＇
0 C
6
B＇ 0
C 240-330
N S
6. 反向旋转控制方法
9
4. 位置信号及译码逻辑
作用
通过位置信号，并经过译码，产生各功率器件的使能信号
位置信号形式
原则：
在一个周期内产生6处跃变的不重复的位置信号
理想情况：
可以由位置传感器产生六路与所需控制信号相同的位置 信号，直接用于驱动六个功率器件
问题：
需要安装6个位置传感器
10
4. 位置信号及译码逻辑
n
t
位置传感器输出的角度增量 采样间隔
速度调节器（PI调节）
➢ 根据速度误差，计算调节器输出，并作为电流 幅值给定
I* KPn KI ndt
4
iA
0
θ
2. 系统工作原理
iB
0
θ
iC
90
210 330
译码逻辑及电流调节器
0 30
150
270 360
θ
➢ 根据位置信号计算各个功率器件的使能开关状态，并与 电流给定相乘，获得每相绕组的电流给定
应用于高速场合，降低转矩波动对性能的 影响
应用实例
计算机软盘、光盘、硬盘驱动器（单向） 工业生产，高速离心机，铣床 民用，空调，洗衣机，电动自行车 飞机尾翼控制、微型直升机
17
4.5.2 正弦波无刷直流电动机控制系统
转速，电流双闭环结构 电流为三相对称正弦波形，速度由角度计算获得
跟踪型位置 传感器
（交流永磁同步电动机系统）
2
4.5.1 方波无刷直流电动机控制系统
1. 无刷直流电动机控制系统原理图
转速、电流双闭环结构。速度由角度计算获得
位置传感器
速度计算
译码逻辑
速度 给定
速度 调节器
乘法器
电流幅值给定
脉
宽
调
制
算
电流
法
调节器
功 电流检测
率
驱
无刷直流
动
电动机
电
路
3
2. 系统工作原理
速度计算
根据位置信息，计算转速
轴角变换 电路
速度计算
速度 给定
速度调 节器
电流幅值 给定信号
乘法器
三相对称标
准正弦波生 成电路
脉 宽
调
制
电
路 电流调节器
功 电流检测
率
驱
无刷直流
动
电动机
电
路
正弦波无刷直流电动机控制系统结构
18
三相正弦波生成电路
➢位置传感器：旋转变压器+2S80
存储器存储正弦值，角度值作为地址，存储器的输出作为 两相标准 正弦波，再经D/A变换，同时实现电流幅值给定相乘，获得三相电流 给定值
1
2
3
C B BA AC
iB
0
θ
iC
90
210 330 θ
0 30
150
270 360
4
5
6
CB B A AC
下面分析桥式电路各功率器件的 工作状态
7
3. 电流波形及功率器件的工作状态
BA
: Winding/ Coil
U
W
BA
U W
V
V
U
U
AC
W
AC
W
V
V
CB
U
W
CB
V
U W
8V
3. 电流波形及功率器件的工作状态