基于dsp和cpld的無(wú)刷直流電機控制器
下面是小編整理的關(guān)于基于dsp和cpld的無(wú)刷直流電機控制器的論文，歡迎大家借鑒!
摘要：基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機三環(huán)控制系統采用先進(jìn)DSP，利用CPLD實(shí)現無(wú)刷直流電機的邏輯換相，BLDCM的三環(huán)控制系統以位置環(huán)控制為主，以速度環(huán)和電流環(huán)控制為輔，并對數字電路以及功率電路進(jìn)行了光耦隔離，確保了系統良好的電磁兼容性，在使用中，無(wú)刷直流電機三環(huán)控制系統具有穩定性等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：數字信號處理器; 無(wú)刷直流電機; 三環(huán)控制系統
傳統的BLDCM控制系統系統大多采用單環(huán)控制，具有一定的應用局限性�；贒SP和CPLD的無(wú)刷直流電機三環(huán)控制系統使用了先進(jìn)的數字信號處理器(DSP)，并具有良好的電磁兼容性，在測試中使用控制軟件對整個(gè)系統進(jìn)行定周期控制，并循環(huán)等待中斷發(fā)生等，測試結果說(shuō)明無(wú)刷直流電機三環(huán)控制系統具有良好的性能，能夠同時(shí)滿(mǎn)足系統的快速性、穩定性與準確性的要求。
1.系統組成和工作原理
1.1系統的組成
基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機根據電流驅動(dòng)方式不同，分為正弦波無(wú)刷直流電機和梯形波無(wú)刷直流電機，無(wú)刷直流電機具有反饋簡(jiǎn)單、設計方便的優(yōu)點(diǎn)，不需要采用絕對位置編碼器或旋轉變壓器，能夠充分發(fā)揮電機的功能潛力。無(wú)刷直流電機的磁極具有多相繞組，利用逆變器進(jìn)行軸位置檢測。無(wú)刷直流電機包括電動(dòng)機、開(kāi)關(guān)、和位置傳感器三個(gè)部分。
1.2系統的工作原理
基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機的系統的定子是由永久磁鋼組成的。永久磁鋼的能夠在電動(dòng)機的內部產(chǎn)生永久磁場(chǎng)，并能夠在電樞繞組通電的情況下，發(fā)揮作用。電刷具有換向的作用，能夠保證兩個(gè)磁場(chǎng)方向保持一直垂直，從而促進(jìn)發(fā)動(dòng)機的運轉。當電機在空載、過(guò)載和負載工況下時(shí)，電流不穩定，電流表指針搖擺不定。出現這種狀況的原因主要是因為電路中某一部分電阻值受熱發(fā)生阻值變化而導致電流不穩。對于這類(lèi)故障，維修人員要對線(xiàn)路各個(gè)接觸點(diǎn)進(jìn)行排查，從而判斷電刷和集電環(huán)裝置是否出現短路現象從而導致接觸不良，對于出現問(wèn)題的部件要及時(shí)進(jìn)行更換。在電機的運行中出現奇異的響聲，這類(lèi)情況通常是由于電機的轉子和其他機械部件發(fā)生摩擦所發(fā)生的聲響。能夠導致這類(lèi)聲響的部位是轉子和定子的絕緣摩擦和軸承磨損，或者是缺少潤滑油導致摩擦，風(fēng)道發(fā)生堵塞，風(fēng)扇與風(fēng)罩發(fā)生摩擦等。具體的檢測方法是將電機的轉子與外部機械連接，如果電機與外部的機械傳動(dòng)部分脫開(kāi)后重新啟動(dòng)電機，振動(dòng)消除，說(shuō)明是外部的機械問(wèn)題，如果不是，就是電機本身的問(wèn)題。電機本身如果發(fā)生轉軸不同心等現象都會(huì )導致震顫與晃動(dòng)。
2.系統的硬件設計
2.1DSP芯片
DSP芯片控制無(wú)刷直流電機通過(guò)霍爾元件作為反饋機制，因此，硬件設計中，系統的DSP芯片要通過(guò)不斷采集霍爾元件搜集到的信息以及霍爾元件反饋的脈沖信號�；魻栐答伋鰜�(lái)的位置信號能夠表明電機的工作狀況，反饋信號能夠反映出電機的轉速。DSP不斷對電機的轉速進(jìn)行采集，修改電機的控制轉速，從而實(shí)現電機的閉環(huán)控制�；魻栐軌蛱峁┙o我們有效的速度和位置，DSP能夠提供給我們正確的電流信息，通過(guò)這兩個(gè)器件相互配合，實(shí)現電機系統的安全、穩定的工作。
2.2CPLD
CPLD是一種大規模的可編程邏輯器件，集成規�？蛇_到1000門(mén)以上。每個(gè)門(mén)又稱(chēng)為等效門(mén)，包括4個(gè)晶體管，CPLD的集成電路每片達到上千門(mén)，因此具有很強大的功能。CPLD的邏輯陣列與GAL沒(méi)有實(shí)質(zhì)區別，依舊是通過(guò)輸入緩沖電路達到輸入端口的目的。輸出單元的組成很大，不是依靠單一的陣列進(jìn)行輸入而是不斷擴大硅片的面積，擴大了輸出單元的數量。隨著(zhù)CPLD的輸入端口數量的增多，硅片芯片的面積也不斷擴大，因此導致了芯片的成本逐漸提高，而且，隨著(zhù)使用面積變大，芯片的功能也受到了影響。信號在較大的陣列中傳輸，延遲了運輸的時(shí)間，影響了運輸的速度。因此在設計CPLD芯片時(shí)，常常將整個(gè)邏輯區域分成幾個(gè)小區，每個(gè)區進(jìn)行獨自的陣列組合，通過(guò)主線(xiàn)對各個(gè)區域進(jìn)行邏輯連接。CPLD的主線(xiàn)和計算機的主線(xiàn)的意義不同，CPLD的主線(xiàn)需要通過(guò)編程的方法將每一個(gè)區域的效益聯(lián)系到主線(xiàn)上，實(shí)現各個(gè)區域被主線(xiàn)控制。
2.3功率驅動(dòng)電路
基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機為了掌握減小轉矩的波動(dòng)，需要對無(wú)刷直流電機進(jìn)行換向，因此，首先我們要了解電機的結構。電機分成兩部分，定子和轉子。其中，電機的定子是指電機中固定不動(dòng)的部分。轉子是指電機中繞軸旋轉的部分。電機按照部件的作用分為機械部件、電部件和磁部件。其中，機械部件主要作用是支持與緊固，同時(shí)對于電機的整體起到冷卻和防護的作用。電機的電部分通常指的是導電、能夠產(chǎn)生磁感應部件。至于電機的磁部分是指具有導磁功能的鐵芯與硅鋼片。其中，鐵芯可以分為定子鐵芯和轉子鐵芯兩類(lèi)。電機的工作原理較為復雜。定子繞組通常按照一定的規律均勻纏繞在定子的鐵芯上，在纏繞的過(guò)程中一定要注意繞組導線(xiàn)要纏繞整齊、密實(shí)，且線(xiàn)線(xiàn)之間不得重疊。接通電源后，在定子的周?chē)蜁?huì )產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)。磁場(chǎng)在電機內的定子和轉子之間的空隙呈圓周正弦分布，并且繞著(zhù)電機不斷旋轉。在磁場(chǎng)產(chǎn)生后，轉子繞組因為電磁感應就會(huì )相應的產(chǎn)生感應電流和感應電動(dòng)勢，兩者重疊發(fā)生相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，電磁轉矩使轉子轉動(dòng)，從而實(shí)現了將電能轉化成機械能的工作過(guò)程。在傳輸信號時(shí)，每一個(gè)霍爾傳感器都會(huì )產(chǎn)生8個(gè)輸出信號，將信號的捕捉口的電平狀態(tài)進(jìn)行測量，就可以知道當前轉子的位置，用位置信號來(lái)計算電機當前的轉速。
2.4其他硬件電路設計
其他硬件電路設計的轉速控制方式分為兩種，一種是通過(guò)電位計分壓的方法進(jìn)行硬件電路設計轉速控制。其中，模塊的電壓影響最高值是3V，所以在設計硬件電路時(shí)的模塊電壓也要低于3V。另外一種是通過(guò)采用內置模塊進(jìn)行上位機通訊，在硬件電路的主線(xiàn)上采用差分傳輸的方法，使干擾能力減弱。
3.系統軟件設計
系統軟件的設計包括轉速計算程序和雙閉環(huán)控制程序兩個(gè)組成部分。其中，轉速計算程序就是實(shí)現速度的計算和換向。電機的轉子沒(méi)轉過(guò)60度角，就會(huì )進(jìn)行一次中斷的觸發(fā)。當中斷開(kāi)始后，在根據轉子的位置進(jìn)行換向處理，恢復電機的捕捉功能。雙閉環(huán)控制程序是包括在中斷子程序的，通過(guò)定時(shí)器進(jìn)行周期啟動(dòng)，確定工作過(guò)程中轉換結束進(jìn)入電機中斷。在開(kāi)始中斷后要進(jìn)行速度調節，防止速度過(guò)大導致失控。調節到一個(gè)合理速度值后對電機的實(shí)際轉速和規定轉速進(jìn)行對比，如果不對電機的轉速進(jìn)行調節，電機的電流也不會(huì )改變。
4.實(shí)驗結果
基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機控制器的轉子是一對極定子電樞繞組，通過(guò)科學(xué)的星形接法，提高了電機的效率。為了充分提高電機的效率，在選取頻率時(shí)要考慮到管子的功率，功率越高，電機的噪聲也就越小。但是隨著(zhù)使用時(shí)間分增強，管子的功率會(huì )減小，噪聲也會(huì )逐漸變大。綜合實(shí)驗結果，我們可以看出基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機控制器在222V左右的電壓值時(shí)可以保證電機的平穩工作，電機的啟動(dòng)時(shí)間以及最大啟動(dòng)電流均滿(mǎn)足系統設計的要求。
5.結語(yǔ)
基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機三環(huán)控制系統使用了先進(jìn)的數字信號處理器(DSP)，具有良好的電磁兼容性，在測試中使用控制軟件對整個(gè)系統進(jìn)行定周期控制，并循環(huán)等待中斷發(fā)生，利用CPLD實(shí)現無(wú)刷直流電機的邏輯換相，以速度環(huán)和電流環(huán)控制為輔，并對數字電路以及功率電路進(jìn)行了光耦隔離，確保了系統良好的電磁兼容性，在實(shí)踐中得到廣泛應用。
參考文獻：
[1]方光宇，范設立.淺談基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機的使用與維護[J].科技與企業(yè)，2011(20).
[2]汪廣源，李麗，劉敏玲.淺析基于DSP和CPLD的無(wú)刷直流電機的常見(jiàn)故障[J].科技信息，2010(1).
【基于dsp和cpld的無(wú)刷直流電機控制器】相關(guān)文章：
美術(shù)：樹(shù) 葉 噴 刷07-20
我學(xué)會(huì )了刷碗作文05-03
進(jìn)口直流電機電刷國產(chǎn)化協(xié)議12-21
大學(xué)刷課檢討書(shū)范文12-13
無(wú)財產(chǎn)無(wú)子女無(wú)債務(wù)離婚的協(xié)議書(shū)12-07
無(wú)財產(chǎn)無(wú)債務(wù)無(wú)子女離婚的協(xié)議書(shū)11-04
無(wú)子女無(wú)財產(chǎn)無(wú)債務(wù)離婚協(xié)議3篇11-07