基于CompactRIO的直流無(wú)刷電機控制系統

由公式可以得出，在使用自舉電路時(shí)應根據所選用的器件的參數以及電路的最低工作頻率來(lái)確定電容C的最小取值。實(shí)際應用中選取的電容值應為理論計算值的兩倍以上。

4 軟件部分
使用LabVIEW對CompactRIO進(jìn)行圖形化編程。軟件設計部分主要包括電機測速模塊、控制量計算及脈寬調制模塊，時(shí)序產(chǎn)生模塊。
4．1 電機測速模塊
直流無(wú)刷電機轉速與霍爾信號的頻率以及線(xiàn)圈的極對子數的對應關(guān)系如下：n=f／p。其中n代表轉速，f代表霍爾信號的頻率，p代表電機的極對子數。通過(guò)測量某一路霍爾信號即可測得電機的轉速。
CompactRIO數字I／O獲取某一路霍爾信號，測量其相鄰兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間就可以計算出霍爾信號的頻率，進(jìn)而得到電機的轉速，或者通過(guò)計算在短時(shí)間內獲得的霍爾信號脈沖數量。
在需要獲得精確轉速的情況下，一般使用碼盤(pán)測速。碼盤(pán)在電機轉動(dòng)一圈時(shí)可以產(chǎn)生幾千個(gè)脈沖，在如此大數量的采樣脈沖下，引起的誤差會(huì )減小很多。
4．2 控制量計算及脈寬調制模塊
電機的轉速控制通過(guò)脈寬調制來(lái)實(shí)現。CompactRIO根據轉速設定值和實(shí)際值之間的誤差來(lái)計算輸出相應的控制量，該控制量經(jīng)過(guò)脈寬調制模塊后產(chǎn)生PWM波。PWM波在一個(gè)周期內，其高電平的占空比受控制量計算模塊輸出的控制量調節，控制量越大，高電平的比例越大。
控制量計算模塊的核心是PID控制算法。PID算法是工業(yè)領(lǐng)域中最常用的控制算法，廣泛應用于溫度控制、流量控制轉速控制等。PID算法的核心是P參數(比例調節)、I參數(積分調節)、D參數(微分調節)，PID控制器的輸入參量是過(guò)程變量和設置點(diǎn)。這里的過(guò)程變量就是實(shí)際轉速值，設置點(diǎn)就是設定的轉速值。PID控制器根據預先設置好的P、I、D參數，利用PID算法計算出一個(gè)控制量，該控制量作用于系統后迫使實(shí)際轉速向著(zhù)設定轉速逼近，最終穩定在設定轉速上。PID算法由公式(2)表達：

其中e=SP-PV，SP是設定點(diǎn)，PV是過(guò)程變量；KC是控制增益，代表比例調節作用；Ti是積分時(shí)間，代表著(zhù)積分調節作用；Td是微分時(shí)間，代表著(zhù)微分調節作用。
4．3 時(shí)序產(chǎn)生模塊
直流無(wú)刷電機正常旋轉時(shí)需要在繞組線(xiàn)圈中按照一定時(shí)序注入電流，線(xiàn)圈電流方向的改變是通過(guò)改變三相輸出端的極性來(lái)實(shí)現的。因此在不同的霍爾信號下，需要輸入相對應的控制信號(見(jiàn)表1)。A、B、C分別為電機的霍爾信號。AH、AL、BH、BL、CH、CL分別為三相控制信號。電機的轉速是通過(guò)PWM波的脈沖寬度的大小來(lái)控制的。具體實(shí)現方法是，在CompactRIO中將脈寬調制波與電機的下橋驅動(dòng)信號在邏輯上“相與”。圖4是根據電機時(shí)序確定的控制信號圖，圖5是經(jīng)PWM波調制后的控制信號圖。