基于PCI运动卡的电机控制系统设计 - 图文

毕业设计（论文） 下只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级平滑调速，而且低速运行时的机械特性基本上保持不变，所以得到的调速范围可以达到很宽，而且可以实现电动机的正反转。

直流无刷电机的工作过程是电机本体、转子位置传感器和电子换向电路三者协同工作的过程。直流无刷电机的工作原理图如图2.2所示：

直流电源 电子换相电路 电机本体 输出 位置传感器

图2.2 无刷直流电机工作原理框图

在直流无刷电机中，借助反映主转子位置的位置传感器器的输出信号，通过电子换相电路去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关器件，使电枢绕组依次通电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断送出信号，然后通过控制器对这些信号的判断，不断送出驱动信号控制相应的功率器件开关，以改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向始终保持不变，这就是无刷直流电机的无接触式换相过程。

无刷直流电机的电枢绕组的联结方式基本上有星形绕组和角形绕组两类，直流无刷电机中一般采用星形绕组。星形联结方式是把所有绕组的首端或尾端接在一起，与它们相配合的电子换相电路为桥式联结，也可以为非桥式联结，图2.3中A、B、C相绕组即为三相桥式星形联结。

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图2.3 三相桥式星形联结示意图

现以三相桥式星形联结方式来介绍一下无刷直流电机的工作过程。无刷直流电动机的位置一般采用三个在空间上相隔120电角度的霍尔位置传感器进行检测，当位于霍尔传感器位置处的磁场极性发生变化时，传感器的输出电平将发生改变。无刷直流电机的转动离不开电子换相电路的支持。当电机内部的霍尔传感器感知出一个信号后，电子换相电路及时获取这个信号，并且很快地根据这个信号来正确判断输出与其相应的驱动信号。每一瞬间只有两个功率管导通，每隔60°换相一次，每次换相一个功率管，桥臂之间左右换相，每个功率管导通120°。各功率管的导通顺序是T1T2→T2T3→T3T4→T4T5→T5T6→T6T1→T1T2→?。只有电子换相电路实时跟进电机内部霍尔传感器捕获的信号并输出换流信号，电机才能正常运转。表2-1是无刷电动机正转直流通电控制方式开关切换表。

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毕业设计（论文） 表2-1 无刷电动机正转直流通电控制方式开关切换表

位置传感器 H1 1 1 1 0 0 0

H2 0 0 1 1 1 0 H3 1 0 0 0 1 1 逆变桥开关管驱动信号 T1 1 1 0 0 0 0 T2 0 1 1 0 0 0 T3 0 0 1 1 0 0 T4 0 0 0 1 1 0 T5 0 0 0 0 1 1 T6 1 0 0 0 0 1 直流无刷电动机的机械特性为： n?US?2UT?2rIaUs?2UT2r??T （2-1） 2eCe??Ce??CeCt??式中：UT为开关器件的管压降；Ia为电枢电流；Ce 为电机的电动势常数；为每级磁通量；US为电源电压；R为电枢回路总电阻；Te为电磁转矩；Ct为转矩常数。

无刷直流电机的调节特性如图2.4所示。

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毕业设计（论文） 图2.4 无刷直流电机调节特性

由于采用调节电枢端电压调速，属于恒定转矩调速，当转矩Te恒定时，式中只有US一个变量，也就是通过改变输入电压来改变电枢绕组上的电压来控制转速。

因此通过运动控制卡输入设定电压US来调节电枢绕组电压，由直流无刷驱动器输出功率管开关信号和检测霍尔信号，能够达到控制转速的目的。同时直流无刷驱动器中的处理器也能将霍尔传感器的信号处理，并输出脉冲信号，脉冲信号的频率即对应一定的转速，计算公式如式2-2。

n?（f/p）?60 （2-2）

式中：f 为检测脉冲信号频率（Hz）；P 为极对数；n 为电机转速（r/min）。

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