隨著直流電機(jī)應(yīng)用面的不斷擴(kuò)展，對(duì)直流電機(jī)的控制要求也提出了更高的要求，集中體現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速上，而要這兩方面有所突破就必須結(jié)合嵌人式控制技術(shù)，這種控制電機(jī)稱為尤刷直流電機(jī)(BrushlessDirectCurrentMo-tor，簡稱BLDCM)。

無刷直流電機(jī)在控制方面有著較精密的要求，首先電機(jī)繞組和轉(zhuǎn)子的位置需保證在一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?，否則就會(huì)造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)或電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小、震動(dòng)增大，因此需要在控制電機(jī)的定子處安裝霍爾芯片，用霍爾信號(hào)來采集當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置數(shù)據(jù)，邇過控制系統(tǒng)給繞組輸出相應(yīng)的磁勢脈沖。


系統(tǒng)原理
BLDCM控制系統(tǒng)結(jié)合了PWM技術(shù)，使DIP的CPU通過霍爾開關(guān)信號(hào)對(duì)磁路的判斷來確定電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置。系統(tǒng)主要由電源電路、三相全控橋式電路、主控電路和電流檢測電路組成，如圖1所示。PIC系列芯片作為中控芯片。提供6路PWM，接受霍爾位置傳感器信號(hào)，可獲得轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置和轉(zhuǎn)速；再進(jìn)行PI速度調(diào)節(jié)和電流環(huán)調(diào)節(jié)，確定輸出合適的占空比PWM波形來控制功率管的導(dǎo)斷，完成電機(jī)調(diào)速；還可通過UART模塊與上位機(jī)進(jìn)行RS-232的串口通信，進(jìn)行PI參數(shù)修訂與轉(zhuǎn)速修改。

BLDCM控制技術(shù)是利用霍爾磁感應(yīng)效應(yīng)采集轉(zhuǎn)子磁極的具體位置，單片機(jī)利用這個(gè)位置信號(hào)米調(diào)用相應(yīng)程序，輸出對(duì)應(yīng)的PWM脈沖驅(qū)動(dòng)功率控制元件，如圖2所示。


控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
BLDCM控制系統(tǒng)中主要引人電流環(huán)和速度環(huán)檢測技術(shù)，也就是說當(dāng)采集的速度與程序給定的速度值形成一個(gè)偏差時(shí)，根據(jù)偏差量的大小會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)產(chǎn)生一個(gè)電流量，再將該電流與電流反饋值進(jìn)行比較，通過電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)改變PWM的占空比變化量來控制輸出，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，具體流程如圖4所示。

PWM換相控制
無刷直流電機(jī)的換相控制是通過安裝在定子繞組端的霍爾開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的。在電機(jī)定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的過程中，每當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過π/3時(shí)，霍爾開關(guān)就會(huì)立即將檢測到的換相信號(hào)送給主控制器；主控制器接收信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷信息，同時(shí)輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)，從而及時(shí)、準(zhǔn)確完成換相控制。

電流環(huán)控制
BLDCM控制系統(tǒng)中一般有速度環(huán)(外環(huán))和電流環(huán)(內(nèi)環(huán))，速度環(huán)是依速度反饋定穩(wěn)速度，電流環(huán)是據(jù)電流變化定穩(wěn)力矩。該電流環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，具有變速積分調(diào)整的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流環(huán)的控制。


速度環(huán)控制
在BLDCM控制系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)有一定的波動(dòng)，為了抑制速度波動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾的能力，主控制系統(tǒng)采取速度環(huán)的控制方式。首先給程序指定一個(gè)初始值，然后再將實(shí)測轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，利用比較后的差值調(diào)整PI調(diào)節(jié)器，從而得到-一個(gè)參考電流值與適合的轉(zhuǎn)速相匹配。

結(jié)論
在以霍爾開關(guān)作為位置確定的BLDCM控制系統(tǒng)中，可依據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速情況精準(zhǔn)調(diào)速，讓電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加、空載電流降低、工作效率提高。在試驗(yàn)機(jī)中，電機(jī)運(yùn)行良好，系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能良好，表明本文設(shè)計(jì)的基于霍爾位置傳感器的BLDCM控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠，可推廣使用。