直流無刷電機解析

基于STM32的永磁直流無刷電機控制永磁直流無刷電機原理STM32微控制器簡介控制系統(tǒng)方案硬件設(shè)計軟件設(shè)計永磁直流無刷電機無刷直流電機是隨著電力電子技術(shù)、功率器件技術(shù)以及高性能永磁新材料制造技術(shù)的發(fā)展在有刷直流電機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型調(diào)速電機。有刷直流電機具有機械特性好、調(diào)速范圍寬、

起動轉(zhuǎn)矩大、過載能力強等一系列優(yōu)良特性，但有刷直流電機由于電刷和換向器的存在，使得有刷直流電機的發(fā)展也因此受到了一定阻礙。直流無刷電機不僅保留了有刷直流電機的優(yōu)良性能，而且消除了有刷直流電機運行過程中所產(chǎn)生的電火花和噪聲，使得無刷直流電機結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、運行可靠。直流無刷電機與直流電機的比較無刷直流電機的轉(zhuǎn)子由一定極對數(shù)的永磁體，定子由多相電樞繞組組成，這與有刷直流電機定子是永磁體，轉(zhuǎn)子是電樞繞組的結(jié)構(gòu)剛好相反。無刷直流電機沒有了有刷直流電機中用于機械換向的電刷和換向器，取而代之用于完成電機無接觸換向功能的器件就是位置傳感器。無刷直流電機組成框圖直流無刷電機工作原理電子換相開關(guān)：通過控制電子換相開關(guān)電路中不同開關(guān)管的導通與關(guān)斷位置傳感器：檢測轉(zhuǎn)子在運動過程中相對于定子繞組的位置，把永磁體轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)換為電信號?二二導通運行意味著在整個360°電角度的單個周期內(nèi)任一工作點逆變器的6個功率管中每一磁狀態(tài)下都是2個導通，任一開關(guān)管均導通120°電角度時長，每隔1/6周期換相一次，每次換相一個功率管，這也稱120°導通型。開關(guān)型霍爾傳感器霍爾傳感器當在一厚度為d的長方形半導體內(nèi)通入如圖所示方向的電流I和磁感應(yīng)強度為B的磁場時，在與B和I組成的平面相垂直的方向上會產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢E，即霍爾電動勢。STM32微控制器STM32系列芯片基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的Cortex-M3內(nèi)核，該內(nèi)核采用ARM-V7構(gòu)架，不僅支持Thumb-2指令集，而且擁有很多新特性，與其他ARM系列芯片相比，Cortex-M3擁有更強勁的性能、更高的代碼密度、支持位帶操作、可嵌套中斷、低成本、低功耗等眾多優(yōu)勢。STM

32內(nèi)部集成了高級定時器、編碼器接口電路、高速

AD等豐富的電機控制接口，為電機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了極大的方便，可作為實現(xiàn)電機控制的理想平臺。高級控制定時器(TIM1及TIM8)主要部分均由一個十六位寄存器（能自裝載）所組成的時基單元構(gòu)成（包括計數(shù)器、預(yù)分頻器、自動裝載、重復(fù)次數(shù)等功能的寄存器)，其中

數(shù)器計數(shù)時能夠獨自往上、獨自往下、也可獨自同時往上

下兩頭來計。控制系統(tǒng)方案PID

控制 歷史悠久，是最早發(fā)展起來的線性控制策略之一，它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、性能可靠等優(yōu)點。矢量控制以矢量變換為工具，在按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的坐標系中，將轉(zhuǎn)子電流矢量分解為兩個相互垂直的分量，其中一個分量相當于直流電動機的磁場電流稱為勵磁電流分量；另一個分量相當于電機的電樞電流稱為轉(zhuǎn)矩電流分量，對各自獨立的兩個電流分量分別進行控制就構(gòu)成了轉(zhuǎn)矩瞬時值的矢量控制，從而獲得可以和直流電機調(diào)速系統(tǒng)相媲美的優(yōu)良動、靜態(tài)性。繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來的一種新型調(diào)速技術(shù)，具有控制結(jié)構(gòu)簡單，控制方法靈活，系統(tǒng)魯棒性強等優(yōu)點，按定子磁鏈定向，它利用定子磁鏈定向空間矢量的概念，直接在定子坐標系下分析電機的數(shù)學模型，控制電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，從而省去了矢量旋轉(zhuǎn)變換等復(fù)雜的坐標變換與計算，使系統(tǒng)的魯棒性得到大大提高。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)首先根據(jù)電壓空間矢量理論把電機定子磁鏈劃分為六個扇區(qū)，再根據(jù)控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩控制的要求，設(shè)定電機電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的容差；然后通過對電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈觀測值與給定值的誤差進行滯環(huán)比較控制，根據(jù)滯環(huán)比較的輸出值和定子磁鏈當前所在的扇區(qū)，選擇適當?shù)拈_關(guān)狀態(tài)，直接控制逆變器輸出相應(yīng)的電壓空間矢量，從而實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)矩的直接控制。定子磁鏈的位置對電壓空間矢量進行分區(qū)，即所謂的扇區(qū)定子磁鏈的觀測：是直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，實際應(yīng)用中需要計算定子磁鏈以構(gòu)成磁鏈自控制和對電機電磁轉(zhuǎn)矩的準確觀測電磁轉(zhuǎn)矩觀測：用來估算電機當前時刻的電磁轉(zhuǎn)矩直接轉(zhuǎn)矩控制就是通過對轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈幅值的觀測值與給定值的誤差