一種直流無刷電機的控制系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及直流無刷電機控制領域，尤其涉及一種直流無刷電機的控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 無刷直流電機既有交流電機結構簡單、運行可靠的特點，又具有直流電機調(diào)速性 能好的優(yōu)點，無論是在動力牽引還是在伺服系統(tǒng)中都具有廣泛的應用。傳統(tǒng)的直流無刷電 機采用方波控制方式，控制簡單，容易實現(xiàn)，同時存在轉(zhuǎn)矩脈動、換相噪聲等問題，在一些對 噪聲有要求的應用領域存在局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種直流無刷電機的 控制系統(tǒng)，使直流無刷電機啟動更平穩(wěn)，降低了啟動電流，同時恒速運行時速度更穩(wěn)定，電 壓、電流波形更平滑。
[0004] 為達此目的，本發(fā)明包括：PI調(diào)節(jié)模塊、SPWM模塊、位置估算模塊、反饋模塊、逆變 豐吳塊；
[0005] 所述PI調(diào)節(jié)模塊用于對輸入的轉(zhuǎn)速值和所述反饋模塊反饋的轉(zhuǎn)速值進行調(diào)制， 并將調(diào)制后轉(zhuǎn)速值輸入給所述SPWM模塊；
[0006] 所述反饋模塊用于對直流無刷電機進行轉(zhuǎn)速采樣，并將采樣到轉(zhuǎn)速值反饋給所述 PI調(diào)節(jié)模塊；
[0007] 所述位置估算模塊用于將所述反饋模塊采樣的估算出直流無刷電機轉(zhuǎn)子位置角 度，并將轉(zhuǎn)子位置角度傳送給所述SPWM模塊；
[0008] 所述SPWM模塊用于根據(jù)接收的所述PI調(diào)節(jié)模塊調(diào)制后的轉(zhuǎn)速值以及所述位置估 算模塊估算的轉(zhuǎn)子位置角度，生成與正弦波等效的PWM波，控制所述逆變模塊的通斷，并通 過改變PWM波的頻率和幅值，調(diào)節(jié)所述逆變模塊輸出電壓的頻率和幅值；
[0009] 所述逆變模塊用于根據(jù)所述SPWM模塊生成的PWM波通斷，并根據(jù)PWM波的頻率和 幅值，調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和幅值，來控制直流無刷電機。
[0010] 優(yōu)選地，所述PI調(diào)節(jié)模塊包括：比例調(diào)節(jié)單元和積分調(diào)節(jié)單元；
[0011] 所述比例調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差；
[0012] 所述積分調(diào)節(jié)單元用于消除控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。
[0013] 優(yōu)選地，所述反饋模塊包括：速度計算單元、霍爾采樣單元；
[0014] 所述霍爾采樣單元用于對直流無刷電機的轉(zhuǎn)速進行采樣；
[0015] 所述速度計算單元用于根據(jù)所述霍爾采樣單元采樣到的轉(zhuǎn)速，計算出速度值，并 傳送給所述PI調(diào)節(jié)模塊。
[0016] 優(yōu)選地，所述霍爾采樣單元采用霍爾元件；
[0017] 所述霍爾元件設置在直流無刷電機繞組的端部，并超前于直流無刷電機其中一相 繞組90°的電角度，且與直流無刷電機的鐵芯和繞組設有間隔距離。
[0018] 優(yōu)選地，還包括：電壓檢測處理電路；
[0019] 所述電壓檢測處理電路用于對直流無刷電機的電壓監(jiān)控，濾除屏蔽干擾信號。
[0020] 優(yōu)選地，還包括：超前角調(diào)整模塊；
[0021] 所述超前角調(diào)整模塊設置在所述位置估算模塊與所述SPWM模塊之間，用于對所 述位置估算模塊估算的轉(zhuǎn)子位置角度進行超前角補償。
[0022] 優(yōu)選地，所述反饋模塊還包括：濾波單元；
[0023] 所述濾波單元用于濾除所述霍爾采樣單元采樣的干擾波。
[0024] 優(yōu)選地，還包括：輸入電源和隔離運算放大器；
[0025] 所述輸入電源用于給予控制系統(tǒng)內(nèi)部元件供電；
[0026] 所述隔離運算放大器與所述輸入電源電連接，用于保證所述輸入電源提供電壓信 號的精確度和穩(wěn)定性。
[0027] 從以上技術方案可以看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0028] 本發(fā)明采用PI調(diào)節(jié)加前饋增量調(diào)整，加入超前角調(diào)節(jié)增量，使直流無刷電機啟動 更平穩(wěn)，降低了啟動電流，同時恒速運行時速度更穩(wěn)定，電壓、電流波形更平滑。對直流無刷 電機運行狀況進行監(jiān)測，使直流無刷電機和電路得到實時的保護。
【附圖說明】
[0029] 為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對描述中所需要使用的附圖作簡單 地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術 人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0030] 圖1為直流無刷電機的控制系統(tǒng)實施例的整體示意圖；
[0031] 圖2為直流無刷電機的控制系統(tǒng)實施例的優(yōu)選地整體示意圖；
[0032] 圖3為P1調(diào)節(jié)模塊原理圖以及特性曲線圖；
[0033] 圖4為霍爾元件采樣特性曲線圖；
[0034] 圖5為HCPL-7860隔離運算放大器電路圖。
【具體實施方式】
[0035] 為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將運用具體的 實施例及附圖，對本發(fā)明保護的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施 例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒緦＠械膶嵤├?，本領域普通 技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本專利保護的范 圍。
[0036] 本實施例提供一種直流無刷電機的控制系統(tǒng)，請參閱圖1所示，包括：PI調(diào)節(jié)模塊 1、SPWM模塊2、位置估算模塊6、反饋模塊5、逆變模塊3 ;
[0037] PI調(diào)節(jié)模塊1用于對輸入的轉(zhuǎn)速值和反饋模塊5反饋的轉(zhuǎn)速值進行調(diào)制，并將調(diào) 制后轉(zhuǎn)速值輸入給SPWM模塊2 ;
[0038] 反饋模塊5用于對直流無刷電機4進行轉(zhuǎn)速采樣，并將采樣到轉(zhuǎn)速值反饋給PI調(diào) 節(jié)模塊1 ;
[0039] 位置估算模塊6用于將反饋模塊5采樣的估算出直流無刷電機4轉(zhuǎn)子位置角度， 并將轉(zhuǎn)子位置角度傳送給SPWM模塊2 ;
[0040] SPWM模塊2用于根據(jù)接收的PI調(diào)節(jié)模塊調(diào)制后的轉(zhuǎn)速值以及位置估算模塊估算 的轉(zhuǎn)子位置角度，生成與正弦波等效的PWM波，控制逆變模塊3的通斷，并通過改變PWM波 的頻率和幅值，調(diào)節(jié)逆變模塊3輸出電壓的頻率和幅值；
[0041] 逆變模塊3用于根據(jù)SPWM模塊2生成的PWM波通斷，并根據(jù)PWM波的頻率和幅值， 調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和幅值，來控制直流無刷電機4。
[0042] 在本實施例中，PI調(diào)節(jié)模塊1包括：比例調(diào)節(jié)單元和積分調(diào)節(jié)單元；比例調(diào)節(jié)單元 用于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差；積分調(diào)節(jié)單元用于消除控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。
[0043] 具體的，PI調(diào)節(jié)模塊1是同時具有比例和和分i云笪西種作用的放大器，其電路結 構和特性請參閱圖3所示，輸出電壓ΛU2可寫K
【主權項】
1. 一種直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：PI調(diào)節(jié)模塊、SPWM模塊、位置估 算模塊、反饋模塊、逆變模塊； 所述PI調(diào)節(jié)模塊用于對輸入的轉(zhuǎn)速值和所述反饋模塊反饋的轉(zhuǎn)速值進行調(diào)制，并將 調(diào)制后轉(zhuǎn)速值輸入給所述SPWM模塊； 所述反饋模塊用于對直流無刷電機進行轉(zhuǎn)速采樣，并將采樣到轉(zhuǎn)速值反饋給所述PI調(diào)節(jié)模塊； 所述位置估算模塊用于將所述反饋模塊采樣的估算出直流無刷電機轉(zhuǎn)子位置角度，并 將轉(zhuǎn)子位置角度傳送給所述SPWM模塊； 所述SPWM模塊用于根據(jù)接收的所述PI調(diào)節(jié)模塊調(diào)制后的轉(zhuǎn)速值以及所述位置估算模 塊估算的轉(zhuǎn)子位置角度，生成與正弦波等效的PWM波，控制所述逆變模塊的通斷，并通過改 變PWM波的頻率和幅值，調(diào)節(jié)所述逆變模塊輸出電壓的頻率和幅值； 所述逆變模塊用于根據(jù)所述SPWM模塊生成的PWM波通斷，并根據(jù)PWM波的頻率和幅 值，調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率和幅值，來控制直流無刷電機。
2. 根據(jù)權利要求1所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述PI調(diào)節(jié)模塊包括：比例調(diào)節(jié)單元和積分調(diào)節(jié)單元； 所述比例調(diào)節(jié)單元用于調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)產(chǎn)生的偏差； 所述積分調(diào)節(jié)單元用于消除控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。
3. 根據(jù)權利要求1所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述反饋模塊包括：速度計算單元、霍爾采樣單元； 所述霍爾采樣單元用于對直流無刷電機的轉(zhuǎn)速進行采樣； 所述速度計算單元用于根據(jù)所述霍爾采樣單元采樣到的轉(zhuǎn)速，計算出速度值，并傳送 給所述PI調(diào)節(jié)模塊。
4. 根據(jù)權利要求3所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述霍爾采樣單元采用霍爾元件； 所述霍爾元件設置在直流無刷電機繞組的端部，并超前于直流無刷電機其中一相繞組 90°的電角度，且與直流無刷電機的鐵芯和繞組設有間隔距離。
5. 根據(jù)權利要求1所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括：電壓檢測處理電路； 所述電壓檢測處理電路用于對直流無刷電機的電壓監(jiān)控，濾除屏蔽干擾信號。
6. 根據(jù)權利要求1所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括：超前角調(diào)整模塊； 所述超前角調(diào)整模塊設置在所述位置估算模塊與所述SPWM模塊之間，用于對所述位 置估算模塊估算的轉(zhuǎn)子位置角度進行超前角補償。
7. 根據(jù)權利要求3所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述反饋模塊還包括：濾波單元； 所述濾波單元用于濾除所述霍爾采樣單元采樣的干擾波。
8. 根據(jù)權利要求1所述的直流無刷電機的控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括：輸入電源和隔離運算放大器； 所述輸入電源用于給予控制系統(tǒng)內(nèi)部元件供電； 所述隔離運算放大器與所述輸入電源電連接，用于保證所述輸入電源提供電壓信號的 精確度和穩(wěn)定性。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種直流無刷電機的控制系統(tǒng)，本發(fā)明采用PI調(diào)節(jié)加前饋增量調(diào)整，加入超前角調(diào)節(jié)增量，使直流無刷電機啟動更平穩(wěn)，降低了啟動電流，同時恒速運行時速度更穩(wěn)定，電壓、電流波形更平滑。對直流無刷電機運行狀況進行監(jiān)測，使直流無刷電機和電路得到實時的保護。
【IPC分類】H02P6-20, H02P6-08, H02P6-16
【公開號】CN104779848
【申請?zhí)枴緾N201510237449
【發(fā)明人】周艷, 寧軍華, 蒲祖林, 何武倫
【申請人】無限極（中國）有限公司
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年5月11日