摘要：无刷直流电机的无位置传感器的控制通常采用反电动势法，但此方法存在滤波电路造成相位滞后、启动时反电动势检测困难、重载时换相续流的影响等问题。本文提出基于DSP的直流无刷电机电子控制方法研究，通过实验论证得出，提出的方法相比于传统的直流无刷电机电子控制方法不仅在数字信号精确率上大为提高，且表现稳定，从而大大保证了性能的优良发挥。
关键词：DSP；直流：无刷直流无刷电机；控制
目前直流无刷电机普遍采用的是单片机进行控制，但是这种控制方式已经逐渐的落伍，随着科学技术的发展，DSP 也逐步在直流无刷电机中开始使用，可以根据相关技术人员编写的算法来合理的进行功能的更改，灵活的调配电路资源，处理和响应的速度都非常高。
1 直流无刷电机控制系统硬件构造
直流无刷电机控制系统主要是由DSP 芯片、直流无刷电机驱动芯片、以及直流交流转化芯片和霍尔传感器组成，驱动芯片要根据实际的需要选择不同的厂商生产的芯片，在直流无刷电机工作的过程中，可以采用DSP 的输出将PWM 信号进行放大，从而通过驱动直流无刷电机对相关的直流无刷电机设备进行调动。直流无刷电机的内部实现了各种控制原件的集成，在直流无刷电机的转子开始转动时，霍尔元件会产生不同频率的脉冲，DSP 芯片对这些脉冲进行采集，输入到控制端中来进行电路转速的调节和控制。DSP 可以通过相关的脉冲数据对直流无刷电机转子的位置进行判定，对其实现设备转速的控制。
2 直流无刷电机发展面临的问题
无刷直流电机的无位置传感器的控制通常采用反电动势法，但此方法存在滤波电路造成相位滞后、启动时反电动势检测困难、重载时换相续流的影响等问题。现有根据非导通相端电压检测，无刷直流电机的无位置传感器直接换相方法。该方法克服了传统反电动势法存在的诸多缺陷，提高了换相的准确性，实现了无刷直流电机无位置传感器控制的直接换相。
无刷直流电机具有效率高、体积小、输出转矩大、控制简单等特点。并伴随着国家稀土永磁产业的迅速发展，稀土永磁体的性能不断提高，无刷直流电机较低的制造成本和较高的调速性能优势更加明显。无刷直流电机通常用位置传感器来检测转子位置，但位置传感器的使用会使电机的体积和成本增大；在高温、高湿等相对恶劣的环境下位置传感器的检测性能将会大大下降；其它信号的干扰也会对转子位置的检测产生一定的影响，使得电机的运行性能有所降低。因此为了克服上述所存在的问题和使无刷直流电机的应用领域更加广泛，提出了无位置传感器控制技术，即无刷直流电机的位置检测不需要霍尔传感器等位置检测元器件。无位置传感器控制技术不但克服了许多位置传感器的弊病，减小了无刷直流电机的体积，方便了无刷直流电机的安装维修，还加强了无刷直流电机控制系统的抗干扰能力，延长了控制系统的使用寿命。因此，无刷直流电机的无位置传感器的良好控制已成为近年来一个主要的研究趋势。
无刷直流电机无位置控制技术的关键在于转子位置的准确检测，无位置传感器控制技术发展至今，已经出现很多控制策略，其中应用较广泛的有：反电动势过零点检测法、线反电动势过零点法、滑膜观测器法等。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆应用最普遍的是反电动势过零点检测法，反电动势过零点检测法由于控制简单，容易实现，一般的工程方案大多为反电动势过零点检测法，
无刷直流电机控制方式有HPWM-LON、HONLPWM、ON-PWM、PWM-ON、HPWM-LPWM 五种控制方式，在对无刷直流电机的这五种控制方式深入的研究后本文采用了PWM-LON 的控制方式，在此控制方式下找到非导通相换相时刻端电压值基本保持稳定的特点，并通过模数的方法检测非导通相端电压，比较非导通相端电压相邻采样周期前后时刻的电压差值，得出换相点，实现电机的直接换相。由于成功找到换相时刻与非导通相端电压的对应关系，实现了直接换相，避免了因续流作用以及硬件检测所造成的失步与角度延迟，提高换相的准确度。
3 基于DSP 的直流无刷电机电子控制方法
DSP 是出于数字信号精确处理的需要而设计出来的一种编程性单片机。因为其特殊的总线架设结构以及独特的针对数字信号精确处理的命令，使其应用范围已经扩展、渗透到社会各个专业。直流无刷电动机的电子控制方法的提出和设计，是建立在检测位置传感器是否可以发射出有效信号的基础上的。DSP 控制器利用装置在直流无刷电机内部转子位置的传感器发出的数字信号来判断转子所处位置，从而判断下一步的控制顺序和执行时间。采取的方法是速度环和电流环加持的全数字双环控制结构，因而大幅度提高了直流无刷电机电子的控制准确度。
分立元件组成的模拟控制器。这种控制器的出现时间是最早的，因为模拟电路的总线路构成比较复杂，在设计和具体应用过程中不方便及时调试，还存在诸如温度飘忽和参数指标不统一等缺点，大大降低了整个系统的性能发挥和信任度。所以，现今只是应用在一些要求简单，经济实用的场合。集成专用控制器。目前，许多半导体厂家针对不同用途的直流无刷电机电子的控制应用系统，生产并推出了功能、特征各不相同的集成专用控制器。这些专用控制器使用方便、体积较小、性能稳定，克服了之前分立元件的应用缺点。然而集成专用电路难以进行完整的编程过程，不能满足未来技术上的及时更新、升级，所以只是适合用于一些要求不高、性能稳定、实用性较高的场合。微型计算机控制器。直流无刷电机电子的应用范围逐渐扩大，控制方法也开始慢慢地向数模混合控制与全数字化控制方向发展，控制规律已经由硬件执行转向软件设计，以往的旧式控制器很难满足这些要求，因而就必须采取以数字电路、单片机以及数字信号处理器（DSP）等以微型计算机信息技术为代表的控制器。DSP 的优势就在于可以进行高速度运算，而单片机则是以控制与数据处理能力较强为特点。所以，社会各领域的各大芯片厂家在结合了DSP 与单片机的优点之后，设计产出了专门用于电动机控制的DSP 技术。这种DSP 具备了强大的数字控制功能，能够产生多电路带有盲区、方便调试的数字模拟信号，可以快速、精准的进行模数转换，集成了接收电机转子位置详细信息的编码器终端接口等电路。因而综合前述分析，选择美国IT 公司生产的64 位定点TMS910F2013 型号的DSP 作为控制芯片。
4 结束语
在当前的直流无刷电机市场中，由于直流无刷电机是一个新型的发展方向，所以针对这一项技术的专业人才不能够满足该行业的需求。相关的机械专业院校应当培养直流无刷电机方向的人才，但是由于该行业和机械专业院校之间的交流和沟通不足，院校对于该行业的需求并不清楚，该行业对于机械专业院校培养的学生需要再次培训。为了解决这个问题，该行业应当和学校建立良好的互动和沟通，以便学校可以在培养学生的过程中做到相应的引导，从而逐步满足市场的需求，弥补直流无刷电机领域专业人才的不足。
参考文献：
[1] 王梦莲.基于DSP 的二自由度关节直流无刷电机控制系统开发[D].中国科学技术大学，2018.
[2] 徐志勇，苏文瑾.直流无刷电机控制系统[J].科技视界，2016（14）：137.
[3] 徐坤，周子昂，吴定允.基于DSP 直流无刷电机控制系统的设计与实现[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2016，29（02）：249-252.
论文作者:李军学
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/11
标签：直流电机论文; 无刷电机论文; 位置论文; 电动势论文; 传感器论文; 转子论文; 方法论文; 《基层建设》2019年第17期论文;