基于CompactRIO的直流無刷電機控制系統(tǒng)

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

4 軟件部分
使用LabVIEW對CompactRIO進行圖形化編程。軟件設(shè)計部分主要包括電機測速模塊、控制量計算及脈寬調(diào)制模塊，時序產(chǎn)生模塊。
4．1 電機測速模塊
直流無刷電機轉(zhuǎn)速與霍爾信號的頻率以及線圈的極對子數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如下：n=f／p。其中n代表轉(zhuǎn)速，f代表霍爾信號的頻率，p代表電機的極對子數(shù)。通過測量某一路霍爾信號即可測得電機的轉(zhuǎn)速。
CompactRIO數(shù)字I／O獲取某一路霍爾信號，測量其相鄰兩個上升沿之間的時間就可以計算出霍爾信號的頻率，進而得到電機的轉(zhuǎn)速，或者通過計算在短時間內(nèi)獲得的霍爾信號脈沖數(shù)量。
在需要獲得精確轉(zhuǎn)速的情況下，一般使用碼盤測速。碼盤在電機轉(zhuǎn)動一圈時可以產(chǎn)生幾千個脈沖，在如此大數(shù)量的采樣脈沖下，引起的誤差會減小很多。
4．2 控制量計算及脈寬調(diào)制模塊
電機的轉(zhuǎn)速控制通過脈寬調(diào)制來實現(xiàn)。CompactRIO根據(jù)轉(zhuǎn)速設(shè)定值和實際值之間的誤差來計算輸出相應(yīng)的控制量，該控制量經(jīng)過脈寬調(diào)制模塊后產(chǎn)生PWM波。PWM波在一個周期內(nèi)，其高電平的占空比受控制量計算模塊輸出的控制量調(diào)節(jié)，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(yīng)用于溫度控制、流量控制轉(zhuǎn)速控制等。PID算法的核心是P參數(shù)(比例調(diào)節(jié))、I參數(shù)(積分調(diào)節(jié))、D參數(shù)(微分調(diào)節(jié))，PID控制器的輸入?yún)⒘渴沁^程變量和設(shè)置點。這里的過程變量就是實際轉(zhuǎn)速值，設(shè)置點就是設(shè)定的轉(zhuǎn)速值。PID控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的P、I、D參數(shù)，利用PID算法計算出一個控制量，該控制量作用于系統(tǒng)后迫使實際轉(zhuǎn)速向著設(shè)定轉(zhuǎn)速逼近，最終穩(wěn)定在設(shè)定轉(zhuǎn)速上。PID算法由公式(2)表達：

其中e=SP-PV，SP是設(shè)定點，PV是過程變量；KC是控制增益，代表比例調(diào)節(jié)作用；Ti是積分時間，代表著積分調(diào)節(jié)作用；Td是微分時間，代表著微分調(diào)節(jié)作用。
4．3 時序產(chǎn)生模塊
直流無刷電機正常旋轉(zhuǎn)時需要在繞組線圈中按照一定時序注入電流，線圈電流方向的改變是通過改變?nèi)噍敵龆说臉O性來實現(xiàn)的。因此在不同的霍爾信號下，需要輸入相對應(yīng)的控制信號(見表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(zhuǎn)速是通過PWM波的脈沖寬度的大小來控制的。具體實現(xiàn)方法是，在CompactRIO中將脈寬調(diào)制波與電機的下橋驅(qū)動信號在邏輯上“相與”。圖4是根據(jù)電機時序確定的控制信號圖，圖5是經(jīng)PWM波調(diào)制后的控制信號圖。