直流电机全数字式控制(一)

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一、引言…………………………………………………………………………2

二、三闭环控制策略……………………………………………………………2

（一）电流环设计………………………………………………………………3

1、直流无刷电机的数学模型 ………………………………………………3

2、功率驱动器的数学模型 …………………………………………………4

3、电流反馈与滤波环节的数学模型 ………………………………………4

4、电流调节器的数学模型 …………………………………………………5

（二）速度环设计………………………………………………………………6

（三）位置环设计………………………………………………………………6

三、系统软硬件设计实现………………………………………………………6

（一）系统硬件设计……………………………………………………………6

（二）系统软件设计……………………………………………………………8

四、实验结果及分析……………………………………………………………10

五、结　论

参考文献…………………………………………………………………………10

一、引言

无刷直流电机具有体积小、无火花、转矩高、调速性能好、可靠性高等优点［１］，在工业控制、军事对抗等领域有着广泛的应用。目前无刷直流电机伺服技术的研究主要集中在控制电路的选用、控制策略的优化、转矩波动的抑制

等方面。传统的无刷直流电机控制电路历经了从模拟电路控制到单片机控制的过程［２］，但它们存在运算精度低、处理速度慢、集成度和抗干扰能力差等缺点，目前已经被高性能的专用数字信号处理器（DSP）所取代，DSP集成了丰富

的外设资源，运算速度快，可以处理复杂的控制算法，已成为电机控制首选的核心处理器。传统的无刷直流电机控制系统多采用位置环和速度环的双闭环控制结构，这种结构往往对电机力矩波动的影响考虑不足［３］，导致系统易受扰动干扰，难以满足伺服系统对控制性能的要求，而电流环的引入可以加快系统的动态响应过程，依电流变化稳定电磁转矩，减小转矩脉动从而增加系统的抗干扰能

力，还可以限制电机的启停和堵转电流以保证系统的安全，电流环已成为提高无刷直流电机伺服控制性能的关键环节。

本文以某型号转台的伺服控制系统为应用实例，设计了一套以高性能数字信号处理器TMS320F28335DSP为硬件核心的无刷直流电机控制系统，实现了全数字化的三闭环结构控制策略，并着重介绍了数字电流环的设计和实现过程。通过仿真和实验验证了系统设计的合理性。

二、三闭环控制策略

系统由位置环、速度环和电流环3个闭环控制来实现，电流环处于最内环，位置环处于最外环。位置给定值与反馈值相减得到位置偏差，经位置调节器校正构成位置回路［４］；位置回路的输出与速度反馈值相减得到速度偏差，经速度调节器校正构成速度回路；速度回路的输出与电流反馈值相减得到电流偏差，经电流调节器校正就实现了电流闭环，电流环输出PWM 信号至功率驱动器，从而驱动无刷直流电机。系统控制结构原理如图1所示。

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Tags：直流电机数字式控制

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