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无刷直流力矩电机驱动控制设计和验证

李禹希 邓永停 赵金宇 张刘

李禹希, 邓永停, 赵金宇, 张刘. 无刷直流力矩电机驱动控制设计和验证[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(4): 806-811. doi: 10.37188/CO.2022-0112
引用本文: 李禹希, 邓永停, 赵金宇, 张刘. 无刷直流力矩电机驱动控制设计和验证[J]. 中国光学(中英文), 2022, 15(4): 806-811. doi: 10.37188/CO.2022-0112
LI Yu-xi, DENG Yong-ting, ZHAO Jin-yu, ZHANG Liu. Design and verification of brushless DC motor drive control[J]. Chinese Optics, 2022, 15(4): 806-811. doi: 10.37188/CO.2022-0112
Citation: LI Yu-xi, DENG Yong-ting, ZHAO Jin-yu, ZHANG Liu. Design and verification of brushless DC motor drive control[J]. Chinese Optics, 2022, 15(4): 806-811. doi: 10.37188/CO.2022-0112

无刷直流力矩电机驱动控制设计和验证

doi: 10.37188/CO.2022-0112
基金项目: 国家自然科学基金项目(No. 62073150,No. 62001185); 国家级大学生创新创业训练计划项目(No. 202110183268)
详细信息
    作者简介:

    李禹希(2002—),女,吉林长春人,主要从事航天光学遥感、伺服控制系统等研究工作。E-mail:liyx6519@mails.jlu.edu.cn

    赵金宇(1976—),男,内蒙古通辽人,博士,研究员,博士生导师,2006年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,主要从事数字图像信号处理软硬件技术,图像跟踪与目标识别,图像恢复等方面的研究。E-mail:zhaojy@ciomp.ac.cn

    张 刘(1978—),男,安徽蚌埠人,吉林大学唐敖庆领军教授,博士生导师。2007年于哈尔滨工业大学获得博士学位,主要从事新型航天光学遥感器设计、仿真及应用技术,星载一体优化控制技术等研究工作。E-mail:zhangliu@jlu.edu.cn

  • 中图分类号: TN29;

Design and verification of brushless DC motor drive control

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 62073150, No. 62001185); National Training Program of Innovation and Entrepreneurship for Undergraduates(No. 202110183268)
More Information
  • 摘要:

    本文在无刷直流力矩电机的性能测试基础上,优化设计了基于C8051F120和CPLD单片机的驱动控制电路,通过采用PWM_ON的转矩脉动最小控制模式,实现了无刷直流电机的转速闭环和位置闭环控制。实验结果表明:所设计的无刷直流电机控制系统具有响应快速、定点精度高等特点。当电机以1°/s低速转动时,速度波动小于7%,大角度调转位置闭合定点精度小于1个码值,实现了无刷电机的宽调速范围和高精度控制,验证了设计的无刷直流电机驱动和算法的有效性。

     

  • 图 1  电阻连接方法

    Figure 1.  Resistance connection method

    图 2  电机三相绕组相反电动势波形

    Figure 2.  Inverse electromotive force waveform of motor three-phase winding

    图 3  相位差为120电角度的霍尔传感器的输出信号

    Figure 3.  Output signal of Hall sensor with phase difference of 120 electric angles

    图 4  直流无刷电机的三相全桥驱动电路

    Figure 4.  Three phase full bridge drive circuit for brushless DC motor

    图 5  基于抗积分饱和策略的速度PI控制器

    Figure 5.  Speed PI controller based on anti-windup strategy

    图 6  电机控制系统硬件平台

    Figure 6.  Hardware platform of control system

    图 7  伺服控制数据显示界面

    Figure 7.  Data display interface of servo control system

    图 8  转速码值设定为5时的转速响应曲线(控制器参数kp=60.0,ki=2.0)

    Figure 8.  Rotate speed response curve when the rotate speed code value is set to 5 (control parametes kp=60.0,ki=2.0, PositionSet=5)

    图 9  转速码值设定为50时的转速响应曲线(控制器参数kp=60.0,ki=2.0)

    Figure 9.  Rotate speed response curve when the rotate speed code value is set to 50 (control parameters kp=60.0,ki=2.0, PositionSet=50)

    图 10  速度阶跃响应曲线(控制器参数kp=60.0,ki=2.0)

    Figure 10.  Curve of the speed step response (control parametes kp=60.0,ki=2.0)

    图 11  位置阶跃曲线(kp=0.01,ki=0.02,PositionSet = 100)

    Figure 11.  Curve of the position step response (kp=0.01,ki=0.02,PositionSet=100)

    图 12  位置阶跃曲线(kp=0.015,ki=0.015,PositionSet=1000)

    Figure 12.  Curve of position step response (kp=0.015,ki=0.015,PositionSet=1000)

    表  1  电机正反转控制时序表

    Table  1.   Reversing control time-scale of motor

    霍尔信号组合(UVW)正转反转
    绕组IGBT绕组IGBT
    101B→A3,4A→B1,6
    100B→C3,2C→B5,6
    110A→C1.2C→A5,4
    010A→B1,6B→A3,4
    011C→B5,6B→C3,2
    001C→A5,4A→C1,2
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-01
  • 录用日期:  2022-06-20
  • 修回日期:  2022-06-17
  • 网络出版日期:  2022-06-21

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