基于DSP的兩相無刷直流電機轉速控制系統

0 引 言
稀土永磁無刷直流電機采用高性能的稀土永磁材料和非接觸換相技術，體積小，效率高，無電火花，工作可靠，同時又具有類似普通直流電動機的調速性能，廣泛應用于航空航天、精密儀器和工業控制自動化等領域。無刷直流電機采用電子換相裝置，沒有機械電刷；采用永磁體轉子，沒有激磁損耗；發熱的電樞繞組置于外圍的定子上，散熱性好，效率高，過載能力強，無換相火花，在高轉速領域尤為適合，是高速電機的一個重點發展方向。
目前，在一些特殊領域，對電機體積、連線數目以及可靠性等方面有著嚴格要求，在這些場合，無位置傳感器無刷直流電機(BLDCM)就成了理想的選擇。課題利用DSP，CPLD等數字化設計技術構建了一個體積較小的高轉速、高可靠性電機轉速控制系統。系統采用兩相無刷直流電機，以無位置傳感器方式，用電機繞組的反電勢作為信號，由CPLD生成電機換相時序，通過硬件啟動和鎖相環跟蹤，實現對無刷直流電機的穩速控制。該系統具有結構和電子控制線路簡單、運行可靠、維護方便等特點。

1 無刷直流電機的數學模型

以兩相導通、三相星形六狀態為例，無刷直流電機三相繞組的電壓平衡方程為：

式中：uA，uB，uC為定子相繞組電壓；eA，eB，eC為定子相繞組電動勢；iA，iB，iC為定子相繞組電流；L為定子每相繞組自感；M為定子每兩相繞組間的互感；R為三相定子電阻；p為微分算子。
由式(1)可以得到永磁無刷直流電動機的等效電路模型，如圖l所示。

定子繞組產生的電磁轉矩表達式為：

永磁無刷直流電機轉子運動方程為：

式中：Tn為電磁轉矩；TL為負載轉矩；B為阻尼系數；ω為電機機械轉速；J為轉動慣量。