基于DSP的兩相無(wú)刷直流電機轉速控制系統

0 引 言
稀土永磁無(wú)刷直流電機采用高性能的稀土永磁材料和非接觸換相技術(shù)，體積小，效率高，無(wú)電火花，工作可靠，同時(shí)又具有類(lèi)似普通直流電動(dòng)機的調速性能，廣泛應用于航空航天、精密儀器和工業(yè)控制自動(dòng)化等領(lǐng)域。無(wú)刷直流電機采用電子換相裝置，沒(méi)有機械電刷；采用永磁體轉子，沒(méi)有激磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組置于外圍的定子上，散熱性好，效率高，過(guò)載能力強，無(wú)換相火花，在高轉速領(lǐng)域尤為適合，是高速電機的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。
目前，在一些特殊領(lǐng)域，對電機體積、連線(xiàn)數目以及可靠性等方面有著(zhù)嚴格要求，在這些場(chǎng)合，無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(BLDCM)就成了理想的選擇。課題利用DSP，CPLD等數字化設計技術(shù)構建了一個(gè)體積較小的高轉速、高可靠性電機轉速控制系統。系統采用兩相無(wú)刷直流電機，以無(wú)位置傳感器方式，用電機繞組的反電勢作為信號，由CPLD生成電機換相時(shí)序，通過(guò)硬件啟動(dòng)和鎖相環(huán)跟蹤，實(shí)現對無(wú)刷直流電機的穩速控制。該系統具有結構和電子控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便等特點(diǎn)。

1 無(wú)刷直流電機的數學(xué)模型

以?xún)上鄬?、三相星形六狀態(tài)為例，無(wú)刷直流電機三相繞組的電壓平衡方程為：

式中：uA，uB，uC為定子相繞組電壓；eA，eB，eC為定子相繞組電動(dòng)勢；iA，iB，iC為定子相繞組電流；L為定子每相繞組自感；M為定子每?jì)上嗬@組間的互感；R為三相定子電阻；p為微分算子。
由式(1)可以得到永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機的等效電路模型，如圖l所示。

定子繞組產(chǎn)生的電磁轉矩表達式為：

永磁無(wú)刷直流電機轉子運動(dòng)方程為：

式中：Tn為電磁轉矩；TL為負載轉矩；B為阻尼系數；ω為電機機械轉速；J為轉動(dòng)慣量。