基于DSP的兩相無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

0 引 言
稀土永磁無刷直流電機(jī)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，無電火花，工作可靠，同時(shí)又具有類似普通直流電動機(jī)的調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于航空航天、精密儀器和工業(yè)控制自動化等領(lǐng)域。無刷直流電機(jī)采用電子換相裝置，沒有機(jī)械電刷；采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有激磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組置于外圍的定子上，散熱性好，效率高，過載能力強(qiáng)，無換相火花，在高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域尤為適合，是高速電機(jī)的一個重點(diǎn)發(fā)展方向。
目前，在一些特殊領(lǐng)域，對電機(jī)體積、連線數(shù)目以及可靠性等方面有著嚴(yán)格要求，在這些場合，無位置傳感器無刷直流電機(jī)(BLDCM)就成了理想的選擇。課題利用DSP，CPLD等數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)構(gòu)建了一個體積較小的高轉(zhuǎn)速、高可靠性電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用兩相無刷直流電機(jī)，以無位置傳感器方式，用電機(jī)繞組的反電勢作為信號，由CPLD生成電機(jī)換相時(shí)序，通過硬件啟動和鎖相環(huán)跟蹤，實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的穩(wěn)速控制。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)和電子控制線路簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等特點(diǎn)。

1 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型

以兩相導(dǎo)通、三相星形六狀態(tài)為例，無刷直流電機(jī)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為定子每兩相繞組間的互感；R為三相定子電阻；p為微分算子。
由式(1)可以得到永磁無刷直流電動機(jī)的等效電路模型，如圖l所示。

定子繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：

永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程為：

式中：Tn為電磁轉(zhuǎn)矩；TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；B為阻尼系數(shù)；ω為電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速；J為轉(zhuǎn)動慣量。