基于DSP的方波无刷直流电动机(BLDCM)调速系统

1、成绩评 定教师签 名电子信息工程学院电力拖动自动控制系统学生实验报告实验项目：基于DSP的方波无刷直流电动机（BLDCM）调速系统实验地点： 工A613 班 级： 093 姓 名： 座 号： 实验时间： 2012 年 06 月 07 日一、实验目的：1掌握方波无刷直流电动机（BLDCM）的组成、工作原理及性能特点。2熟悉DSP控制的（BLDCM）调速系统的组成及工作原理。3了解无转子位置传感器实现电动机转子位置检测的工作原理、特点与实现方法。4研究速度调节器采用不同控制方法（PID控制、FUZZY控制以及PID-FUZZY控制），对系统稳态、动态特性的影响；并研究速度调节器采用PID控制时参数

2、变化对系统稳态特性的影响。5掌握方波无刷直流电动机调速系统的实验研究方法，包括虚拟仪器的使用（注意无上位机时，实验系统无虚拟仪器功能，有关虚拟仪器的取消）。二、实验仪器设备：1NMCL14 DSP控制的直流方波无刷电机调速系统 2主控制屏3方波无刷直流电机光电编码器发电机机组 4双踪示波器5上位机（包括软件）和串口联接线（选件）三、实验原理：永磁式同步电动机以其结构简单、运行可靠，特别是具有其它电机所无法比拟的高效率而得到了人们越来越多的关注。永磁同步电动机可按工作原理、驱动电流和控制方式的不同，分为具有正弦波反电势的永磁同步电动机（PMSM）和 图27具有方波（或梯形波）反电势的永磁同步电动

3、机，后者又称为无刷直流电动机（BLDCM）。基于DSP的方波无刷直流电动机调速系统原理框图如图27所示。 调速系统由稀土永磁方波电动机PM、电机转子位置传感器、转速传感器（光电编码器，选件）、由功率管构成的逆变器IV以及以DSP（TMS320F240）为核心的数字控制器等构成。系统已配备与上位机通讯的接口和软件，用户选用上位机后，可以方便地在上位机人机界面上进行实验操作、观察和记录实验曲线。 (a) 主电路（b）反电势波形（c）转子位置与绕组馈电的关系图28 BLDCM的主电路、反电势波形、转子位置与绕组馈电的关系BLDCM属于两相馈电电机，无论转子处于什么位置，都只有两相绕组通电，从主电路的

4、等值电路图，可推导出其转速表达式如下式所示：式中：R=2r1，r1 为电机的一相等效电阻； ke 为电势系数； Ud0= UdD 为加到两相绕组间的直流电压平均值，其中Ud为直流母线电压，D为PWM调制波的占空比。四、实验步骤：1见图28，连接主电路、电流检测、过流保护、频/压（f/v）转换等环节的连线，并将U相定子电流取样电阻短接。（有上位机时，连接上位机与组件间的串口通讯线。）2检查给定电位器是否放在零位（要求电位器左旋到底）。3经接线检查无误后，合上MCL14组件左下方的电源开关，这时系统缺省设置在开环控制方式下。4如需转换控制方式，须待电机停止后再按控制方式按钮，相应控制方式指示灯亮。

5、5系统设置于开环工作状态，分别在有与无位置传感器情况下，进行电机转子位置信号检测实验。（1）揿选择“有无位置传感器”按钮，使系统工作在有位置传感器状态（“有传感器”指示灯亮）；然后启动电机，将速度设定电位器顺时针旋转到二分之一额定转速（nn/2）左右的位置，用双线示波器同时测量与记录电机的位置传感器输出PSU、PSV与地之间的波形，并观察两波形之间的相位关系。（2）待电机停止后，揿选择“有无位置传感器”按钮，使系统工作在无位置传感器状态（“无传感器”指示灯亮）；然后启动电机，用双线示波器测量与记录端电压与(-Ud/2)比较后比较器输出Ou、Ov与地之间的波形，并观察两波形之间的相位关系。6系统

6、处于开环控制状态，起动电机到二分之一额定转速（nn/2）左右，测试并记录下列波形。（1）功率晶体管基极控制波形；用双踪示波器测试DSP输出功率晶体管基极控制信号1（对应于Ug）、2（对应于Vg）与GND之间波形，并分析两波形间的相位关系。（2）电机定子线电压（U、V之间）波形；（3）电机定子电流波形；将U相定子电流取样电阻短接线拆除，用示波器观测并记录定子电流取样电阻两端波形，测试完毕后仍将该电阻短接。（4）轴编码器输出波形（无编码器系统不做）将电机起动到nn/2左右，观测编码器输出脉冲，记录脉冲周期以及电机的实际速度。（用于实验报告中计算编码器每转脉冲数）7电机起动性能测试（无编码器系统不做

7、）（1）不用位置传感器，使系统仍工作在开环控制状态，起动电机并将转速调节到nn/2左右，按停机按钮，然后再按起动按钮，用示波器观测并记录f/v输出Un=f（t）曲线，连续测试三次。（2）用位置传感器时，步骤同上，连续测试并记录Un=f（t）曲线三次。（3）将电机速度调节到 nn/10左右，分别在用与不用位置传感器条件下，测试并记录Un=f（t）曲线，连续测试三次。8速度调节器改变时系统稳态机械特性测试电机在高速与中速条件下，负载从轻载按一定间隔加到额定负载（考虑到主回路母线电流Id与电机定子电流I1间存在固定的比例关系，为简单计，以母线电流近似地代替电机定子电流，Id可在01.0A范围内变化）

8、，在速度调节器采用下列控制方式时分别测出系统稳态机械特性曲线：（1）开环控制； （2）PID控制；（3）模糊控制（FUZZY）； （4）模糊-PID控制。9不同控制方式时的系统动态特性研究调节电机速度到nn/2左右，用示波器观察并记录在不同控制方式时的下列动态波形：（1）突加给定时的n=f（t）（即Un=f（t）与id= f（t）（即UFI=f（t），起动电机到nn/2左右，按停机按钮待停机后再按起动按钮，即可观察上述波形。（2）突减给定时的n=f（t）与id= f（t）起动电机到nn/2左右，按停机按钮即可观察上述波形。10速度调节器在不同P、I、D参数时的系统动态特性研究系统处于PID控制状态，调节电机速度到nn/2左右，用示波器观察并记录不同P、I、D参数时的动态波形Un