无刷直流电机控制策略及程序设计

Software Engineering and Applications 软件工程与应用, 2019, 8(2), 89-98

Published Online April 2019 in Hans. /journal/sea

https:///10.12677/sea.2019.82011

Design of Brushless DC Motor Control

Strategy and Its Program

Ning Zhang, Fuhai Duan*, Bing Wang, Xin Ma, Zihe Yang

School of Mechanical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian Liaoning

Received:Apr. 6th, 2019; accepted: Apr. 21st, 2019; published: Apr. 28th, 2019

Abstract

Sensorless brushless DC motor (BLDCM) used in aeronautical field needs the characteristics of simple control, high efficiency and good speed control performance. In order to meet the above characteristics requirements, a control strategy based on DSP is designed in this paper. The con-trol strategy, which adopts the double closed-loop control principle and the sensorless rotor posi-tion detection method, can improve the starting mode of the motor; and simultaneously the real-time phase compensation can be realized by software, and the control program is designed.

Finally, a simulation model is built on MATLAB/Simulink platform to verify the effectiveness and practicability of the designed control strategy.

Keywords

Sensorless, Brushless DC Motor (BLDCM), Control Strategy, Simulink Simulation Modeling

无刷直流电机控制策略及程序设计

张宁，段富海*，王炳，马欣，杨子鹤

大连理工大学机械工程学院，辽宁大连

收稿日期：2019年4月6日；录用日期：2019年4月21日；发布日期：2019年4月28日

摘要

应用于航空领域的无传感器无刷直流电机需具有控制简单、运行效率高、调速性能好等特性。为满足这些特性要求，本文设计了一种基于DSP的无传感器无刷直流电机控制策略。该控制策略采用双闭环控制*通讯作者。

张宁 等

原理和无传感器转子位置检测方法，改进了电机启动方式；同时采用软件实现实时的相位补偿，设计了电机控制程序。最后通过MATLAB/Simulink 平台仿真和实物综合调试，验证了所设计控制策略的有效性和实用性。

关键词

无传感器，无刷直流电机(BLDCM)，控制策略，Simulink 仿真建模

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/licenses/by/4.0/

1. 引言

无刷直流电机(Brushless DC Motor, BLDCM)不仅具有控制简单、换相平稳及后期维护方便的优点，同时还具有效率高、调速性能好等特点，因此被广泛应用于现代工业设备中。由于飞机空间狭小和工作环境复杂恶劣，机舱内传感器易受到外部环境干扰，影响运行的稳定性，因此较多航空领域的无刷直流电机采用无位置传感器换向方式，通过对电机电气信号的检测和处理获得转子的位置信息。

近年来因实用性好、成本低和可靠性高，无位置传感器无刷直流电机控制策略得到普遍关注。文献[1]提出了使用MC68HC908GP32芯片的无传感器无刷直流电机控制策略。文献[2]提出了使用DSP 的无传感器无刷直流电机控制方法，完全运用基于DSP 的运算处理能力进行过零点检测换相和开环启动，但所采用的电路设计较为复杂。文献[3]提出了使用MEGA8单片机实现无刷直流电机的无传感器控制，但不易维护，调速性需要完善；文献[4]提出了基于STM32的无刷直流电机无传感器控制方法，调速范围广、成本低、应用价值高，但控制方式使用的是传统的单反馈方式。

本文设计一种以TMS320F2812为核心的无刷直流电机无传感器控制方式，采用电流和转速的双闭环反馈控制，通过检测反电动势过零信号控制换向，实现电机高效、可靠地运行。

2. 控制策略

目前常用的无刷直流电机控制方法可分为开环控制、转速负反馈控制和电压负反馈及电流正负反馈控制等[3]。无刷直流电机常采用“二二导通星形三相六状态”工作模式，即同一时刻只有两个不同相的上、下桥臂元件被导通，各元件保持导通120˚电角度，每隔60˚电角度换流一次。导通关系如图1所示，根据图中顺序，重复此循环，即可保证电机稳定运行。

Figure 1. Diagram of conduction sequence 图1. 导通关系示意图