第4章3无刷直流电机调速系统

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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
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4. 位置信号及译码逻辑
|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
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
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
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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
HC
0 30 90 150 210 270 300 360 θ
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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
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8. 应用实例
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
Hale Waihona Puke Baidu
θ
置 HB
信0
θ
号 HC
0 30 90 150 210 270 300 360 θ
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
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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
➢ 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
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
（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
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
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
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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
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
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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
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
VA1
0 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
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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
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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