无刷直流电机闭环控制调速系统的设计

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无刷直流电机的调速与控制技术随着科技的发展，电动机在各个领域的应用越来越广泛。

而无刷直流电机作为一种高效、可靠的电机，在许多领域得到了广泛的应用。

无刷直流电机的调速与控制技术是保证电机运行稳定性和提高其性能的重要一环。

一、无刷直流电机的工作原理无刷直流电机是一种基于电磁感应原理工作的电动机。

其核心部件是电机转子上的永磁体，通过感应电流产生的磁场与定子线圈产生的磁场相互作用，从而实现电机的运转。

相比于传统的有刷直流电机，无刷直流电机省去了电刷与换向器件，因此具有更高的效率和更长的寿命。

二、无刷直流电机的调速方法无刷直流电机的调速方法主要包括电压控制调速和电流控制调速两种。

1. 电压控制调速电压控制调速是通过改变电压的大小来控制电机的转速。

在实际应用中，最常见的方式是采用PWM (Pulse Width Modulation) 调制技术。

PWM技术通过调整电压的占空比，使得电机在一个固定的周期内以不同的占空比工作，从而实现不同的转速。

这种方法简单易行，但是对于大功率的无刷直流电机，其调速范围较窄。

2. 电流控制调速电流控制调速是通过改变电机定子线圈的电流来控制电机的转速。

常见的控制方法有开环控制和闭环控制。

开环电流控制是在电机定子线圈中加回馈电阻，通过改变反馈电阻的大小来调整电流。

这种方法结构简单，控制参数易调，但是系统稳定性较差，无法适应负载的变化。

闭环电流控制是在开环控制的基础上加入反馈环节，通过传感器测量电机的电流，并与设定的电流进行比较，通过PID控制算法来调整控制器输出的电压，从而控制电机的转速。

这种方法可以提高系统的稳定性和动态响应性能，适用于对转速精度和系统稳定性要求较高的应用。

三、无刷直流电机的控制技术无刷直流电机的控制技术是实现电机调速的重要手段之一。

根据不同的应用场景和需求，可以选择不同的控制方法。

1. 速度控制速度控制是无刷直流电机最基本的控制方式。

通过改变电机的输入提速，可以控制电机的转速。

无刷直流电机的电流闭环控制作者：赵念科来源：《数字技术与应用》2013年第03期摘要：分析了BLDCM的换相转矩脉动，指出了引起转矩脉动的主要原因是：关断相电流的下降速度大于开通相电流的上升速度，得到了减小电机低速运行时非换相电流脉动的方法，该方法的原理是令换相期间脉宽调制信号的占空比等于两倍的稳定运行时脉宽调制信号的占空比α1 （2α1=α法）。

在此基础上，提出了基于三相电流的相电流闭环控制。

指出只有三相电流控制才能有效控制相电流。

分别通过仿真验证了基于三相电流的相电流闭环控制能够有效的减小非换相电流的脉动。

关键词：BLDCM 相电流控制转矩脉动中图分类号：TM351 文献标7识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0003-021 引言理想情况下，BLDCM的三相反电势是互差120°电角度的梯形波，该梯形波的平顶宽度为120°电角度，三相电流为互差120°电角度的矩形波，该矩形波的宽度也为120°电角度。

此时，BLDCM的输出转矩脉动较小。

但是，在实际情况中，反电势和相电流并非理想的梯形波和矩形波。

因此，根据转矩脉动产生的根源，可以将BLDCM的转矩脉动分为齿槽转矩脉动、斩波转矩脉动和换相转矩脉动三种[1]。

在BLDCM调速中，一般采用PWM技术[2]。

在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

该原理称为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。

即通过一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的电压波形，以改变施加在电机绕组上的相电压。

BLDCM的驱动器其实就是三相逆变器，PWM控制技术在逆变电路中的应用最广泛，对逆变器的影响也最深刻。

现在大量应用的逆变电路中，绝大部分都是PWM型逆变电路[3]。

不同的PWM开关状态将导致电机相绕组上施加不同的外加电压，不同的外加电压将产生不同的电流上升或下降速度，从而引起转矩随开关状态的变化而脉动，即斩波转矩脉动[4]。

基于MC33035+MC33039的直流无刷电机速度闭环控制系统设计作者：应弋翔何嘉冰李沈崇史亦飞许宇翔来源：《科技创新与应用》2019年第24期摘; 要：文章详细介绍了Motorola公司的第二代直流无刷电机控制器专用芯片MC33035的基本原理，在分析了直流无刷电机的结构特点及应用现状后，设计了基于MC33035和MC33039及一些集成电路构成的小功率直流无刷电机的速度闭环控制系统，并进行了调试及试验，确认了其简单和优越的控制性能。

在设计的过程中加入了电机的过温保护，使无刷电机在实际工作环境中无故障安全运行。

关键词：MC33035;MC33039;直流无刷电机;闭环控制中图分类号：TM359.9 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2019）24-0049-04Abstract： In this paper， the basic principle of MC33035， a special chip for the second generation brushless DC motor controller made by Motorola Company， is introduced in detail. After analyzing the structure characteristics and application status of the brushless DC motor， the speed closed loop control system of low power brushless DC motor based on MC33035， MC33039 andsome integrated circuits is designed， debugged and tested， and its simple and superior control performance is confirmed. In the process of design， the overtemperature protection of the motor is added， so as to make the brushless motor operate safely without fault in the actual working environment.Keywords： MC33035; MC33039; brushless DC motor; closed-loop control 引言近年來，我国中小型电机和特微电机行业迅速发展，其中直流无刷电机以其高效低噪等特点逐渐取代有刷电机，成为行业的一颗新星。

直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。

与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。

基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。

比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。

1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。

外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。

当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。

近些年来，计算机和控制技术快速发展。

单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。

经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。

所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。

1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。

选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。

本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。

实验报告直流电机闭环调速控制系统设计和实现班级:姓名:学号:时间:指导老师:2012年6月一、实验目的1．了解闭环调速控制系统的构成。

2．熟悉PID 控制规律，并且用算法实现。

二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三、实验原理根据上述系统方框图，硬件线路图可设计如下，图中画“○”的线需用户自行接好。

上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制直流电机，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作测速中断。

实验中，用系统的数字量输出端口“DOUT0”来模拟产生 PMW 脉宽调制信号，构成系统的控制量，经驱动电路驱动后控制电机运转。

霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量。

在参数给定情况下，经PID 运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。

系统定时器定时1ms，作为系统采样基准时钟；测速中断用于测量电机转速。

直流电机闭环调速控制系统实验的参考程序流程图如下：四、实验步骤1．参照图 6.1-3 的流程图，编写实验程序，编译、链接。

2．按图6.1-2 接线，检查无误后开启设备电源，将编译链接好的程序装载到控制机中。

3．打开专用图形界面，运行程序，观察电机转速，分析其响应特性。

4．若不满意，改变参数：积分分离值Iband、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数 KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。

5．注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0 的状态应保持上次的状态。

当DOUT0 为1 时，直流电机将停止转动；当DOUT0 为0 时，直流电机将全速转动，如果长时间让直流电机全速转动，可能会导致电机单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0的排线拔掉或按系统复位键.五、心得体会此次实验是直流电机闭环调速控制系统的设计和实现，通过这次实验，让我了解了闭环调速控制系统的基本构成。

直流电机双闭环调速系统设计(总44页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：直流电机双闭环调速系统设计姓名：徐震杰学院：电气工程及自动化专业：自动化班级、学号： 10电51 指导教师：甘良志江苏师范大学教务处印制摘要直流调速系统的控制一般都是由转速、电流反馈来完成的，它的静态性能和动态性能都是十分杰出的，正是由于它的这些优点使其使用范围也很广泛。

其主要通过晶闸管可控整流电源来调节电源的大小。

根据题目的设计要求，调速系统一共有两个控制器，它们分别是转速控制器（ASR）和电流控制器（ACR）。

速度控制系统的电源电路的设计是使用三相全控桥整流电路实现的。

在设计中，首先对总体规划的设计图进行了确定。

之后又对主电路的结构形式以及各个元器件进行了确定和设计。

与此同时，对包括晶闸管、电抗器等元件的参数进行了计算。

在本文的最后一个部分，主要围绕本设计最重要的部分，直流调速系统的转速环和电流环进行设计。

为了使速度和电流两个负反馈可以发挥一定的作用，因此，应该使其嵌套连接在速度和电流负反馈之间。

单纯的从布局上来看的话，电流环在转速环的内部，因此电流环被叫做内环，相应的转速环就被称为外环。

这样设计之后，以电流负反馈、转速负反馈为核心的调速系统就这样形成了。

在对所有部分设计都完成了之后，采用MATLAB对整个系统进行仿真实验，并对数据进行分析，得出结论。

关键词：直流电动机双闭环调速系统转速负反馈电流负反馈AbstractThe speed and current feedback control of dc speed control system has excellent static and dynamic performance and the most widely application scope. It through thyristor controlled rectifying power supply to adjust the size of the power supply mainly. According to the design requirements of the title, it uses ASR and ACR as the controller of speed control system in the control circuit. The power supply circuit of the speed control system of design uses the Sedan fully-controlled bridge rectifier circuit. Firstly, we need determine the overall plan and diagram of this design before the design. Secondly, we need identify and design the structure of main circuit and the various components. At the same time, including the parameters of thyristor, reactor, etc. Finally, focus on the design of the most important two parts which are speed loop and current loop dc speed control system in the design. In the system were introduced speed negative feedback and current feedback and the implementation of a nested connection can realize the speed and current two kind of negative feedback effect between the two respectively. On the layout of it simply, current loop is referred to as the inner ring, because it is in the inside. Speed ring is called the outer ring, because current loop is in the interior of the speed loop. Through this design, the core of the double closed loop speed regulation system: speed negative feedback and current feedback is formed. After all parts of the design is done, using MATLAB simulation to do the experiments to the whole system and analyze the data, we can safely draw the conclusion.Keywords: DC motor; double closed loop; speed ring; current loop目录摘要 ..................................................................... 错误!未定义书签。

直流电机调速控制系统设计1.引言直流电机调速控制系统是一种广泛应用于工业生产与生活中的电气控制系统。

通过对直流电机进行调速控制，可以实现对机械设备的精确控制，提高生产效率和能源利用率。

本文将介绍直流电机调速控制系统的设计原理、控制策略以及相关技术。

2.设计原理直流电机调速控制系统的基本原理是通过调整电压或电流来改变电机的转速。

在直流电机中，电压和电流与转速之间存在一定的关系。

通过改变电压或电流的大小，可以实现对电机转速的调节。

为了实现精确的调速控制，通常采用反馈控制的方式，通过测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流，以达到期望的转速。

3.控制策略开环控制是指在没有反馈的情况下，直接控制输出电压或电流的大小，来实现对电机转速的调节。

开环控制的优点是简单、成本低，但缺点是无法考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，使得控制精度较低。

闭环控制是指在有反馈的情况下，测量电机转速，并与设定值进行比较，控制输出电压或电流。

闭环控制的优点是能够考虑到外界的扰动和电机的非线性特性，提高控制精度。

常用的闭环控制策略有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。

其中，PID控制是最为常用的一种控制策略，具有调节速度快、控制精度高的优点。

4.相关技术在直流电机调速控制系统的设计中，还需要用到一些相关的技术，如编码器、传感器和驱动器等。

编码器是一种测量旋转角度和速度的装置，可以用来测量电机的转速。

根据编码器的测量结果，可以对电机进行控制。

传感器可以用来检测电机的电流、电压和转速等参数，以获得电机的实时状态。

通过对这些参数的测量和分析，可以实现对电机转速的控制。

驱动器是将控制信号转换为电机运行的电路，可以根据输入的电压或电流信号控制电机的运行状态。

5.总结直流电机调速控制系统是一种重要的电气控制系统，可以实现对机械设备的精确控制。

在设计过程中，需要合理选择控制策略和相关技术，以实现期望的控制效果。

通过不断的研究和实践，可以进一步提高直流电机调速控制系统的性能和稳定性，满足不同领域的需求。

直流电机调速控制和测速系统设计摘要：直流型的电机得性能在电机结构中有着较好的优势，由于时代的持续进步，与直流电机相关的使用频率也变得更高。

然而，以往的直流电机工作性质与所面临得运转问题息息相关，怎样对转速进行合理管控就变成了直流电机发展和应用期间存在的困难。

而直流电机控制系统的产生，可以较好的处理该方面的情况，不仅能够增强直流电机的平稳程度和精准程度，还可以合理管控直流电机的运行速度，从而达到我国对相关设备的应用标准。

基于此，本文重点分析了直流电机调速控制的方式，进一步对测速系统进行设计，以供相关人员参考。

关键词：直流电机；调速控制；测速系统目前，直流发电机的应用非常广泛，在自动化装备领域中，其内蓄电池内部都配置有相应的直流发电机，保证在断电的情况下起到一定的发电机组的润滑作用。

而直流电动机在启动时，其所用的电流量会增大很多，造成一定的冲击力，这种冲击力会造成一定的影响，比如充电器出现损坏、短路等，这些故障的产生都会使得发电设备无法正常运转。

因此，为了解决我国在有关这方面的控制技术上存在的问题，需要对调速与测速系统进行控制与设计，以此来确保整个电机设备的稳定性与安全性。

1电机调速原理及其实现电机调速原理主要是指对电机两端所存在的电压进行数据上的更改，以此来完成对电机转速的调节工作，对于电机而言，当自身的电压方向出现改变，那么电机的旋转变化发生改变。

而PWM在调速原理方面则是以脉冲信号为主，利用脉冲信号的输出特性来进行传输，并改变原本存在于电机内部空间的脉冲信号，通过间接或速度按钮来完成有关电机电压的更改工作，从而来确保电机的转速能够因此发生改变。

在这一过程中，电机内部的脉冲占比越大，转速也就越慢。

整个电路主要是以H桥为主，为了确保整个驱动电机能够得到有效控制，将三极管进行单片机的引脚安装，将基极部分分别安装，从而来确保当电机处于运行状态时，能够利用垫片机来对其自身的转速内容进行控制。

当脉冲信号输送工作时，另一端会通过开展低电平的模式来进行应用，这时的直流电机会呈现为正转状态，反之亦然。

直流无刷电机调速原理引言直流无刷电机（Brushless DC Motor，BLDC）是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种领域，包括工业自动化、电动工具、机器人技术和模型飞机等。

为了控制这些电机的速度和运行，了解直流无刷电机的调速原理至关重要。

本文将深入探讨直流无刷电机的调速原理，以及相关的电子控制技术。

第一部分：直流无刷电机基础在探讨调速原理之前，首先需要了解直流无刷电机的基本工作原理。

与传统的有刷直流电机不同，BLDC电机没有碳刷，因此具有更高的效率和可靠性。

它由以下几个关键部件组成：1.永磁体：通常是一个永久磁铁，位于电机的转子（转动部分）中。

这是电机的永久磁场源。

2.绕组：电机的定子（静止部分）上包围着绕组，也称为线圈。

这些绕组通常由铜线绕制，并与电机的电源电路相连。

3.传感器：有些BLDC电机配置了传感器，用于检测转子的位置和速度。

传感器可以是霍尔效应传感器或编码器等。

4.电子控制器：电子控制器是控制电机速度和方向的关键部件。

它根据传感器的反馈信号来决定如何驱动电机。

第二部分：电子控制器的作用电子控制器是直流无刷电机调速的关键。

它的主要功能是根据传感器的反馈信号来确定电机应该如何运行，以达到所需的速度和方向。

以下是电子控制器的工作原理：1.传感器反馈：如果电机配置了传感器，传感器会监测转子的位置和速度。

这些信息通过传感器反馈到电子控制器。

2.控制算法：电子控制器内部包含一个控制算法，它根据传感器反馈信号来计算出正确的控制策略。

这通常是一个闭环反馈系统，允许电机动态调整以维持所需的运行状态。

3.功率驱动：根据控制算法的输出，电子控制器将电源中的电能转化为适当的电流和电压，供电给电机的绕组。

这就是电机开始旋转的过程。

4.相序控制：BLDC电机通常有三相绕组，控制器需要准确确定哪一相应该通电，以使电机旋转。

这是通过改变相序来实现的，以推动电机的转子。

第三部分：电机调速原理现在，让我们深入研究直流无刷电机的调速原理。

江苏科技大学15届毕业设计（论文）无刷直流电机的双闭环控制设计系部：自动化专业名称：电气工程及其自动化班级：11403041学号：1140602116作者: 龚昊指导教师: 王伟然年月日无刷直流电机的双闭环控制设计The design of double closed loop control of the brushlessDC motor江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称：电子信息学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：龚昊学号：1140602116指导教师：王伟然职称：讲师摘要由于电子技术，计算机技术，传感器技术，电力电子技术，现代控制理论和新型永磁材料的发展，永磁无刷直流电动机及其控制技术已有突破性进展。

近20年来，永磁无刷直流电机因其结构简单，调速性能好，控制方法灵活多变，效率较高，起动转矩大，运行寿命长等优点，日趋广泛应用于航空航天，计算机，军事，汽车，工业和家用电器等领域。

本文针对无刷直流电动机选取双闭环控制技术进行调速。

首先，介绍了无刷直流电机的特点及其结构和原理；其次，建立了无刷直流电机的模型，进行数学分析；再次，采用双闭环PI调速，主要针对其PI控制器进行了相关设计与改进，消除无刷直流电机稳态时的静差；最后，基于MATLAB/SIMULINK平台，建立控制系统的仿真模型，对无刷直流电动机速度闭环控制系统进行仿真。

仿真结果显示该模型转矩响应较快，电流脉动较小，电机工作稳定可靠，具有良好的静动态特性。

无刷直流电机的双闭环控制采用电流滞环，结构简单、响应快速，具有一定理论与应用意义。

关键词：无刷直流电动机；双闭环控制；数学模型；MATLAB；AbstractSince the development of electronic technology, computer technology, sensor technology, power electronics technology, modern control theory and new permanent magnetic material.Permanent magnet brushless dc motor and its control technology has made a breakthrough.During the past 20 years,since its simple structure,good performance of speed adjustment,variable control methods,high efficiency ,large starting torque and long service life and so on.The brushless dc motor is now increasingly used in fields like aerospace,computer,military,cars,industry andhousehold appliance.This passage is based on the speed control of the brushless dc motor.Double closed-loop control technology isused for researching and analysising among numerous control methods.At first,it has introduced the research backgroundof the brushless dc motor.Next,based on the working principle of the brushless dc motor,the model of the brushless dc motor has been established to do mathematical analysis. After that,we take double closed loop speed regulation,and mainly design and improve PI regulator tomake the brushless dc motor astatic in steady state.At lastin order to make simulation of control system for brushlessdc motor speed closed-loop control system,we establish the simulation model of control system which based onMATLAB/SIMULINK platform.The result of simulation shows that the response oftorque is quick and the pulsation of current is small.Themotor can work reliable and has good static characteristic.We use current hysteresis band in thecontrol system since its simple structure and quick response,it is based on reliable theory and is meaningfulin application.Keywords:brushless direct current motor;double closed-loop control;mathematical models ;MATLAB;目录第一章绪论11.1无刷直流电动机11.1.1无刷直流电机的简介 (1)1.1.2 无刷直流电机的特点11.1.3 无刷直流电机在工业中的地位及应用21.1.3.1定速驱动机械21.1.3.2调速驱动机械31.1.3.3精密控制31.2无刷直流电机国内外研究现状41.3无刷直流电机的发展趋势41.3.1无刷直流电机的发展前景 (4)1.3.2控制策略的发展 (6)1.4 本课题的研究意义71.5 章节安排81.6本章小结8第二章无刷直流电机的工作原理及其数学模型错误!未定义书签。