雙轉式永磁無刷電動機的控制
何苗
(林泉電機廠，貴州貴陽550008)
摘要：在普通永磁無刷電動機基礎上，分析了雙轉式永磁無刷電動機的數學模型及速度閉環控制策略，并在該基礎上建立以tms320f2407為核心的閉環控制軟硬件系統，并進行了試驗。試驗結果表明該種控制系統控制性能較好，控制精度較高。
關鍵詞：雙轉式；永磁無刷電動機；閉環控制
中圖分類號：tm33 文獻標識碼：a 文章編號：1004-7018(2009)11-0026-02
0引 言
雙轉式永磁無刷電動機與普通永磁無刷電動機的區別在于原來靜止的定子也可以自由地旋轉，兩者的電磁關系是相同的，但其運動規律不同。普通永磁無刷電動機的電磁轉矩僅驅動轉子磁極旋轉，其電樞是靜止不動的；而雙轉式永磁無刷電動機的電磁轉矩則驅動內外兩個轉子向相反的方向旋轉。對于普通的永磁無刷直流電動機，換相信息來自轉子與定子之間的相對位置；而對于雙轉式永磁無刷直流電動機，換相信息來自兩個轉子之間的相對位置。由于沒有換相火花、陀螺效應以及兩個轉子對轉等特點，目前雙轉式永磁無刷電動機主要應用于水下推進系統。
本文在普通永磁無刷電動機基礎上，建立雙轉式水磁無刷電動機的控制模型，利用電機控制專用dsp芯片tms320f407對雙轉式永磁無刷電動機進行速度電流閉環控制。
1雙轉式永磁無刷電動機數學模型
假設雙轉式永磁無刷直流電動機的磁極轉子以逆時針方向為正方向，電樞轉子以順時針方向為正方向，并用ωr1、ωr2 分別表示兩個轉子的角速度，則參照普通永磁無刷直流電動機數學模型，即可得到雙轉式永磁無刷直流電動機的簡化數學模型為：
式中：u為電源電壓；e為電樞繞組反電動勢；iacp為平均電樞電流；tamp為電樞繞組的平均電阻；△u為功率晶體管的飽和壓降；b1、b2分別為兩個轉子的摩擦系數；j1、j2分別為兩個轉子的轉動慣量；p為
對于不同的電樞繞組形式和換相線路形式，電樞繞組反電動勢有不同的表達式，但不論何種形式都可表示為：
從式(7)、式(8)可以看出，若外加直流電壓一定，則減小電機的負載，轉速升高，逆變器的觸發頻率也會升高，同時反電勢增加，電流減小，電磁轉矩也減小。當電磁轉矩和負載轉矩平衡時，電機就維持在一個較高的轉速運行。如果負載不變，提高外加直流電壓，則轉速提高，逆變器的頻率也提高，反電勢增大，使電流減小，電磁轉矩呈現減小的趨勢，這樣就使電機維持在一個較高的轉速運行。由此可見，由于雙轉式永磁無刷電動機的自同步性，其調速方法與有刷電動機調速方式類似，可以通過調節外加直流電壓來調速。根據上述的控制策略思想，本文設計的雙轉式永磁無刷電動機控制原理框圖如圖1所示。
由圖1可知，本系統是由速度與電流雙閉環組成，外環為速度環，通過采集速度與設定速度比較，其差值通過pid調節輸出與采集電流比較，pid輸出調節pwm的占空比，從而控制電機系統在指定的速度運行。
2雙轉式永磁無刷電動機控制系統設計
2.1硬件系統
雙轉式永磁無刷電動機速度控制系統框圖如圖2所示。
在圖2中，tms320f2407是整個控制系統的核心。它由上位pc機經can通訊獲得給定的速度指令，由a／d采樣電路獲得三相電流實際值，霍爾位置傳感器獲得電機動子的實際位置信號，經過tms320f2407運算輸出六路pwm信號，經光耦隔離驅動后觸發ipm三相逆變電路，達到控制速度的目的。
|
