引言
近几年来,随着电力电子器件和现代控制理论的迅速发展,无刷直流电动机由于没有接触式换向装置,不存在换向引起的火花,其具有效率高,转速不受机械换向所限制,可维护性强,安全性高等诸多优点,而被人们广泛应用于光驱、智能机器人、电动交通工具等领域。DSP(数字信号处理器)则以其高速的数据处理能力、丰富的内部资源、集成度高和功耗低等特点,已广泛应用在控制领域中。本文提出了一种基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计方案。该设计结合模糊控制方法来实现无刷直流电动机的智能化控制。
1 无刷直流电机的数学模型
根据物理学公式,单根导体在磁场中切割磁力线运动时,所产生的电动势e为:
式中,B为磁场感应强度,l为磁场中导体的有效长度,v为导体垂直于磁力线运动的线速度。在电机中,v与转速n的关系为:
这样,无刷直流电机在运行过程中所感应产生的感应电动势大小为:
式中,E为无刷直流电动机产生的感应电动势;p为电机的极对数;α为极弧系数;W为点数绕组每一相的绕线匝数;ψ为每一极的磁通量;n为电机的转速。
假设无刷直流电动机的绕组采用三相星型结构,定子三相完全对称,空间上互差120°的电角度,三相绕组电阻的电感量参数相同。同时忽略电枢绕组之间产生的互感,电机的气隙磁导均匀,磁路不饱和,并忽略涡流损耗。则无刷直流电动机的数学模型如下:
4 系统仿真模型
仿真可利用Matlab软件中的Simulink功能来完成。Simulink是一个可进行动态系统建模、仿真和综合分析的集成软件包。它可以处理的系统包括线性、非线性系统的离散、连续及混合系统单任务、多任务离散事件系统。图7所示是一个无刷直流电机本体的仿真模型。
本文在分析了无刷直流电机数学模型的基础上,提出了一种基于TMS320LF2407A的永磁无刷直流电机控制系统的解决方案。该方案充分利用DSP的强大运算功能和丰富的内部资源。并将模糊控制算法引入到控制系统中。仿真结果表明:该系统的控制波形符合理论分析,整个系统运行平稳,具有较好的静、动态特性。
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