低速永磁无刷直流电机控制系统的研究.doc

低速永磁无刷直流电机控制系统的研究孙佃升1夏需强2（1.滨州学院自动化系，滨州256603；2.中国天然气管道局设计公司东北分公司，沈阳110031）摘要：本文叙述了低速永磁无刷直流电机控制系统的硬软件设计。在此基础上给出了控制低速永磁无刷直流电机运营的程序总框图。实验表白，此系统可以很好的实现无刷直流电机的运营控制。关键词：低速无刷直流电机控制系统StudyonControlSystemofLowSpeedBLDCMSUNDian-sheng1XIAXu-qiang2(DepartmentofAutomatization,BinzhouUniversity,Binzhou256603,China；NortheastSubsidiaryDesignCompanyofChinaPetroleumPipelionBureau,Shenyang110031,China)ABSTRACT:ThispaperintroducedthehardwareandsoftwaredesignofthelowspeedBLDCMcontrolsystem.Inthisfoundation,thepaperalsodesigntheproceduretotaldiagramofthesoftwarewhichcontroltheBLDCM.TheexperimentsshowthatthecontrolsystemhasanexcellentcapabilitytocontroltheBLDCM..KEYWORDS：lowspeed；BLDCM；controlsystem1引言目前，杆驱螺杆泵式抽油机在油田生产中应用普遍。螺杆泵式抽油机规定驱动电机提供的驱动力矩大、转速慢、运营平稳。采用异步电机通过减速机构来驱动螺杆泵，往往存在效率低下、噪音、振动等问题。无刷直流电机具有效率高、转矩大、低速运营平稳等优点,适合用做螺杆泵式抽油的驱动电机。并且，专门制造的低速无刷直流电机可实现对螺杆泵式抽油机的直接驱动，即简化了系统的传动机构，又避免了使用减速器带来的一系列问题。此外，由于无刷直流电机运营中需要检测的状态量较多，控制较为复杂，采用单片机来进行数据解决与控制已经明显力不从心。近年来，国外许多公司纷纷推出高性能的数字信号解决器（DSP），比如TI公司的TMS320C24以及Motorola公司的DSP56F8xx系列，用来控制无刷直流电机的运营非常方便。采用数字信号解决器的电机控制系统，数据解决能力强，运营速度快，精度高，正处在普遍开发和应用中。2硬件设计控制系统采用交流380V整流获得的直流电作为供电电源，使用三相桥式逆变电路作为功率主电路，控制单元采用Motorola公司的DSP56F803。本控制系统的硬件部分重要由蓄电池及逆变电路、开关管驱动和保护电路、电源电路、系统控制单元及其外围电路、电流及电压信号检测电路等几部分组成。图1是硬件系统的示意图。图中粗箭头表达能量传送方向，细箭头表达控制或检测信号的传送方向。系统运营后，控制单元根据预先设定的控制指令以及检测到的有关信号发出开关管驱动信号控制无刷直流电机的运营。图1硬件系统示意图图2为功率逆变电路以及无刷直流电机的电路连接图。电枢绕组为三相绕组，Y接。功率逆变电路采用电压型三相全桥逆变电路。实验所用的无刷直流电机为额定功率2.2KW，额定电压300伏，电枢绕组Y接；开关管选用富士公司的IGBT，型号为1MBH60-100，额定电流60A,额定电压1000V；IGBT的驱动保护模块采用了VLA517-01R。图2蓄电池电机与功率逆变电路的电路连接图图3为控制单元各模块承担的功能示意图。图3控制电路原理框图键盘接口负责接受控制指令，产生键盘中断来产生或改变电机的运营状态。AD转换模块实时检测相电流、转速给定、相电压等信号。电机的位置检测采用电机内置的霍尔位置传感器，输出3路位置信号（矩形波）。根据电机当前转子位置信号决定IGBT的导通顺序，输出IGBT的开关信号。同时，将检测到的转速和相电流信号输入DSP根据控制算法决定PWM信号的占空比。PWM信号的占空比决定电机的速度控制，它和IGBT的开关信号、故障中断产生的封锁信号一起作为逻辑综合电路的输入。逻辑综合电路的输出作为IGBT驱动电路的输入信号。其他功能的硬件电路比如电压和电流采集等电路的设计较为常见，不再赘述。3电动运营原理电动运营时，相电流的导通方式采用120°导通方式，即每个功率管导通时间均为120°电角度。调速采用的PWM调制方式为半桥调制，也就是说，PWM只对导通周期内一对元件中的一个起作用。功率管的开关状态取决于位置传感器提供的HALL信号。表1所示为测试得出的电机正向和反向电动运营时，霍尔位置传感器的HALL状态与开通功率管的相应关