直流无刷电机

1、基于基于STM32STM32的永磁直流无刷电机控制的永磁直流无刷电机控制 永磁直流无刷电机原理永磁直流无刷电机原理 STM32STM32微控制器简介微控制器简介 控制系统方案控制系统方案 硬件设计硬件设计 软件设计软件设计永磁直流无刷电机永磁直流无刷电机 无刷直流电机是随着电力电子技术、功无刷直流电机是随着电力电子技术、功率器件技术以及高性能永磁新材料制造技术率器件技术以及高性能永磁新材料制造技术的发展在有刷直流电机的基础上发展起来的的发展在有刷直流电机的基础上发展起来的一种新型调速电机。一种新型调速电机。 有刷直流电机具有机械特性好、调速范有刷直流电机具有机械特性好、调速范围宽、围宽、 起动

2、转矩大、过载能力强等一系列起动转矩大、过载能力强等一系列优良特性，但有刷直流电机由于电刷和换向优良特性，但有刷直流电机由于电刷和换向器的存在，使得有刷直流电机的发展也因此器的存在，使得有刷直流电机的发展也因此受到了一定阻碍。直流无刷电机不仅保留了受到了一定阻碍。直流无刷电机不仅保留了有刷直流电机的优良性能，而且消除了有刷有刷直流电机的优良性能，而且消除了有刷直流电机运行过程中所产生的电火花和噪声，直流电机运行过程中所产生的电火花和噪声，使得无刷直流电机结构简单、维护方便、运使得无刷直流电机结构简单、维护方便、运行可靠。行可靠。直流无刷电机与直流电机的比较直流无刷电机与直流电机的比较 无刷直流电

3、机的转子由一定极对数的永磁体，定子由多相电枢绕组组成，这与有刷直流电机定子是永磁体，转子是电枢绕组的结构刚好相反。 无刷直流电机没有了有刷直流电机中用于机械换向的电刷和换向器，取而代之用于完成电机无接触换向功能的器件就是位置传感器。 无刷直流电机组成框图无刷直流电机组成框图直流无刷电机工作原理直流无刷电机工作原理 电子换相开关：通过控制电子换相开关电路中不同开关管的导通与关断 位置传感器：检测转子在运动过程中相对于定子绕组的位置，把永磁体转子的位置信号转换为电信号 二二导通运行意味着在整个360电角度的单个周期内任一工作点逆变器的6个功率管中每一磁状态下都是2个导通，任一开关管均导通120电角

4、度时长，每隔1/6周期换相一次，每次换相一个功率管，这也称120导通型。开关型霍尔传感器霍尔传感器开关型霍尔传感器霍尔传感器 当在一厚度为d的长方形半导体内通入如图所示方向的电流I和磁感应强度为B的磁场时，在与B和I组成的平面相垂直的方向上会产生一个感应电动势E，即霍尔电动势。STM32STM32微控制器微控制器 STM32系列芯片基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的Cortex -M3内核，该内核采用ARM -V7构架，不仅支持 Thumb -2指令集，而且拥有很多新特性，与其他ARM系列芯片相比， Cortex -M3拥有更强劲的性能、更高的代码密度、支持位带操作、可嵌

5、套中断、低成本、低功耗等众多优势。 STM 32内部集成了高级定时器、编码器接口电路、高速AD等丰富的电机控制接口，为电机控制系统的实现提供了极大的方便，可作为实现电机控制的理想平台。 高级控制定时器(TIM1及TIM8)主要部分均由一个十六位寄存器（能自装载）所组成的时基单元构成（包括计数器、预分频器、自动装载、重复次数等功能的寄存器)，其中数器计数时能够独自往上、独自往下、也可独自同时往上下两头来计。控制系统方案控制系统方案 PID 控制 历史悠久，是最早发展起来的线性控制策略之一，它具有结构简单、使用方便、性能可靠等优点。 矢量控制 以矢量变换为工具，在按转子磁链定向的坐标系中，将转子电

6、流矢量分解为两个相互垂直的分量，其中一个分量相当于直流电动机的磁场电流称为励磁电流分量；另一个分量相当于电机的电枢电流称为转矩电流分量，对各自独立的两个电流分量分别进行控制就构成了转矩瞬时值的矢量控制，从而获得可以和直流电机调速系统相媲美的优良动、静态性。 继矢量控制技术之后发展起来的一种新型调速技术，具有控制结构简单，控制方法灵活，系统鲁棒性强等优点， 按定子磁链定向，它利用定子磁链定向空间矢量的概念，直接在定子坐标系下分析电机的数学模型，控制电机的磁链和转矩，从而省去了矢量旋转变换等复杂的坐标变换与计算，使系统的鲁棒性得到大大提高。 直接转矩控制技术直接转矩控制技术 首先根据电压空间矢量理

7、论把电机定子磁链划分为六个扇区，再根据控制系统对转矩控制的要求，设定电机电磁转矩和定子磁链的容差；然后通过对电磁转矩和定子磁链观测值与给定值的误差进行滞环比较控制，根据滞环比较的输出值和定子磁链当前所在的扇区，选择适当的开关状态，直接控制逆变器输出相应的电压空间矢量，从而实现对电机转矩的直接控制。 定子磁链的位置对电压空间矢量进行分区，即所谓的扇区 定子磁链的观测：是直接转矩控制系统中必不可少的环节，实际应用中需要计算定子磁链以构成磁链自控制和对电机电磁转矩的准确观测 电磁转矩观测：用来估算电机当前时刻的电磁转矩 直接转矩控制就是通过对转矩和定子磁链幅值的观测值与直接转矩控制就是通过对转矩和定子磁链幅值的观测值与给定值的误差进行滞环比较控制，然后根据比较的输出值给定值的误差进行滞环比较控制，然后根据比较的输出值和定子磁链当前所在的位置选择电压空间矢量实现对电机和定子磁链当前所在