雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)的控制
何苗
(林泉電機(jī)廠，貴州貴陽550008)
摘要：在普通永磁無刷電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，分析了雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型及速度閉環(huán)控制策略，并在該基礎(chǔ)上建立以tms320f2407為核心的閉環(huán)控制軟硬件系統(tǒng)，并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明該種控制系統(tǒng)控制性能較好，控制精度較高。
關(guān)鍵詞：雙轉(zhuǎn)式；永磁無刷電動(dòng)機(jī)；閉環(huán)控制
中圖分類號(hào)：tm33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1004-7018(2009)11-0026-02
0引 言
雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)與普通永磁無刷電動(dòng)機(jī)的區(qū)別在于原來靜止的定子也可以自由地旋轉(zhuǎn)，兩者的電磁關(guān)系是相同的，但其運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。普通永磁無刷電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩僅驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)，其電樞是靜止不動(dòng)的；而雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩則驅(qū)動(dòng)內(nèi)外兩個(gè)轉(zhuǎn)子向相反的方向旋轉(zhuǎn)。對(duì)于普通的永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，換相信息來自轉(zhuǎn)子與定子之間的相對(duì)位置；而對(duì)于雙轉(zhuǎn)式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)，換相信息來自兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的相對(duì)位置。由于沒有換相火花、陀螺效應(yīng)以及兩個(gè)轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，目前雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于水下推進(jìn)系統(tǒng)。
本文在普通永磁無刷電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，建立雙轉(zhuǎn)式水磁無刷電動(dòng)機(jī)的控制模型，利用電機(jī)控制專用dsp芯片tms320f407對(duì)雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度電流閉環(huán)控制。
1雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型
假設(shè)雙轉(zhuǎn)式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的磁極轉(zhuǎn)子以逆時(shí)針方向?yàn)檎较�，電樞轉(zhuǎn)子以順時(shí)針方向?yàn)檎较颍⒂忙豶1、ωr2 分別表示兩個(gè)轉(zhuǎn)子的角速度，則參照普通永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型，即可得到雙轉(zhuǎn)式永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的簡化數(shù)學(xué)模型為：
式中：u為電源電壓；e為電樞繞組反電動(dòng)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(gè)轉(zhuǎn)子的摩擦系數(shù)；j1、j2分別為兩個(gè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；p為
對(duì)于不同的電樞繞組形式和換相線路形式，電樞繞組反電動(dòng)勢有不同的表達(dá)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(jī)的負(fù)載，轉(zhuǎn)速升高，逆變器的觸發(fā)頻率也會(huì)升高，同時(shí)反電勢增加，電流減小，電磁轉(zhuǎn)矩也減小。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，電機(jī)就維持在一個(gè)較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。如果負(fù)載不變，提高外加直流電壓，則轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩呈現(xiàn)減小的趨勢，這樣就使電機(jī)維持在一個(gè)較高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。由此可見，由于雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)的自同步性，其調(diào)速方法與有刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式類似，可以通過調(diào)節(jié)外加直流電壓來調(diào)速。根據(jù)上述的控制策略思想，本文設(shè)計(jì)的雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)控制原理框圖如圖1所示。
由圖1可知，本系統(tǒng)是由速度與電流雙閉環(huán)組成，外環(huán)為速度環(huán)，通過采集速度與設(shè)定速度比較，其差值通過pid調(diào)節(jié)輸出與采集電流比較，pid輸出調(diào)節(jié)pwm的占空比，從而控制電機(jī)系統(tǒng)在指定的速度運(yùn)行。
2雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1硬件系統(tǒng)
雙轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng)框圖如圖2所示。
在圖2中，tms320f2407是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。它由上位pc機(jī)經(jīng)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(shí)際值，霍爾位置傳感器獲得電機(jī)動(dòng)子的實(shí)際位置信號(hào)，經(jīng)過tms320f2407運(yùn)算輸出六路pwm信號(hào)，經(jīng)光耦隔離驅(qū)動(dòng)后觸發(fā)ipm三相逆變電路，達(dá)到控制速度的目的。
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