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霍尔开关在BLDCM控制系统中的应用

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2020-07-22 08:47:21【
随着直流电机应用面的不断扩展,对直流电机的控制要求也提出了更高的要求,集中体现在转矩与转速上,而要这两方面有所突破就必须结合嵌人式控制技术,这种控制电机称为尤刷直流电机(BrushlessDirectCurrentMo-tor,简称BLDCM)。

无刷直流电机在控制方面有着较精密的要求,首先电机绕组和转子的位置需保证在一个适当的位置,否则就会造成电机堵转或电机转矩减小、震动增大,因此需要在控制电机的定子处安装霍尔芯片,用霍尔信号来采集当前转子位置数据,邇过控制系统给绕组输出相应的磁势脉冲。


 

系统原理
BLDCM控制系统结合了PWM技术,使DIP的CPU通过霍尔开关信号对磁路的判断来确定电机转子实际位置。系统主要由电源电路、三相全控桥式电路、主控电路和电流检测电路组成,如图1所示。PIC系列芯片作为中控芯片。提供6路PWM,接受霍尔位置传感器信号,可获得转子当前位置和转速;再进行PI速度调节和电流环调节,确定输出合适的占空比PWM波形来控制功率管的导断,完成电机调速;还可通过UART模块与上位机进行RS-232的串口通信,进行PI参数修订与转速修改。


 
BLDCM控制技术是利用霍尔磁感应效应采集转子磁极的具体位置,单片机利用这个位置信号米调用相应程序,输出对应的PWM脉冲驱动功率控制元件,如图2所示。


 

控制系统设计
BLDCM控制系统中主要引人电流环和速度环检测技术,也就是说当采集的速度与程序给定的速度值形成一个偏差时,根据偏差量的大小会自动调节产生一个电流量,再将该电流与电流反馈值进行比较,通过电流调节系统改变PWM的占空比变化量来控制输出,从而控制电机的转速,具体流程如图4所示。


 
PWM换相控制
无刷直流电机的换相控制是通过安装在定子绕组端的霍尔开关来实现的。在电机定子绕组产生旋转磁场的过程中,每当旋转磁场转过π/3时,霍尔开关就会立即将检测到的换相信号送给主控制器;主控制器接收信号后会产生一个中断信息,同时输出相应的PWM信号,从而及时、准确完成换相控制。

电流环控制
BLDCM控制系统中一般有速度环(外环)和电流环(内环),速度环是依速度反馈定稳速度,电流环是据电流变化定稳力矩。该电流环采用PI调节器,具有变速积分调整的功能,实现对电流环的控制。


速度环控制
在BLDCM控制系统运行的同时,电机转速会有一定的波动,为了抑制速度波动,增强系统抗干扰的能力,主控制系统采取速度环的控制方式。首先给程序指定一个初始值,然后再将实测转速与给定转速进行比较,利用比较后的差值调整PI调节器,从而得到-一个参考电流值与适合的转速相匹配。

结论
在以霍尔开关作为位置确定的BLDCM控制系统中,可依据电机的转矩和转速情况精准调速,让电机的启动转矩增加、空载电流降低、工作效率提高。在试验机中,电机运行良好,系统静态、动态性能良好,表明本文设计的基于霍尔位置传感器的BLDCM控制系统设计合理、运行可靠,可推广使用。