直流无刷电机的控制原理.doc

直流无刷电机的控制原理直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机将机械能转换为电能。直流无刷电机的控制原理：要让电机转动起来首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序inverter中之AH、BH、CH(这些称为上臂功率晶体管)及AL、BL、CL(这些称为下臂功率晶体管)使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场并与转子的磁铁相互作用如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时控制部又再开启下一组功率晶体管如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。基本上功率晶体管的开法可举例如下：AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭下臂(或上臂)就已开启结果就造成上、下臂短路而使功率晶体管烧毁。当电机转动起来控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(Command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通以及导通时间长短。速度不够则开长速度过头则减短此部份工作就由PWM来完成。PWM是决定电机转速快或慢的方式如何产生这样的PWM才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的CLOCK分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好P.I.D.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少这就是误差(Error)。知道了误差自然就要补偿方式有传统的工程控制如P.I.D.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型P.I.D.控制的重要理论。