本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)，屬于工業(yè)控制領域。

背景技術：

無刷直流電機是伴著電力電子技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一中新型電機，它是現(xiàn)代工業(yè)設備中重要的運動部件。無刷直流電機以法拉第電磁感應定律為基礎，而又以新型的電力電子技術、數(shù)字電子技術和各種物理原理為后盾，具有很強的生命力。

無刷直流電機既具備交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點，同時克服了有刷直流電機由于機械電刷和換向器的存在所帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等弊端，降低了制造成本，簡化了電機的維修。

無刷直流電機具有旋轉(zhuǎn)的磁場和固定的電樞。電子換相線路中的功率開關器件可直接與電樞繞組相連。在電機內(nèi)，裝有一個磁極位置傳感器，用來檢測轉(zhuǎn)子在運行過程中的位置。它與電子換相電路一起替代了有刷直流電機的換相裝置。如圖1所示，無刷直流電機由本體、位置傳感器和電子換相電路三大部分組成。

目前無刷直流電機主要存在的問題包括可靠性一般、控制器成本較高，需要電子控制器才能夠工作，增加了技術復雜性和成本；應用中一般需要位置傳感器，增加了結構復雜性和成本降低可靠性；轉(zhuǎn)子永磁材料限制了電機使用環(huán)境溫度，不適用于高溫場合；有較明顯的轉(zhuǎn)矩波動，限制了電機在高性能伺服系統(tǒng)、低速度紋中的應用。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種可以有利于換擋控制的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案：

一種轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)，包括控制器、轉(zhuǎn)速計、換相裝置、第一位置傳感器、第二位置傳感器、速度控制器、PWM控制器、電流控制器和電流采集器，其中所述第一位置傳感器為轉(zhuǎn)角位置傳感器，所述第二位置傳感器為磁極位置傳感器，第一位置傳感器和第二位置傳感器分別與無刷直流電機連接，所述控制器分別連接轉(zhuǎn)速計和換相裝置，換相裝置與PWM控制器連接，PWM控制器與電流控制器連接，電流控制器另一端與速度控制器連接。

優(yōu)選地，上述PWM控制器通過逆變電路與無刷直流電機連接。

優(yōu)選地，上述第一位置傳感器和第二位置傳感器分別與控制器連接。

優(yōu)選地，上述換相裝置對換相位置進行判斷，并將判斷結果傳輸?shù)絇WM控制器。

優(yōu)選地，上述轉(zhuǎn)速計進行轉(zhuǎn)速計算，所述電流采集器采集電流控制器和逆變電路之間的電流值。

優(yōu)選地，上述控制系統(tǒng)通過給定轉(zhuǎn)速信號與轉(zhuǎn)速計計算的信號進行比較，誤差值傳輸?shù)剿俣瓤刂破鳌?/p>

優(yōu)選地，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；給定信號與速度反饋值進行比較，誤差值送入速度控制器；經(jīng)速度控制器計算后得到電流環(huán)的給定值，與電流采集值進行比較，誤差值送入電流調(diào)節(jié)器；經(jīng)電流調(diào)節(jié)器計算后得到PWM的占空比，進而調(diào)節(jié)逆變電路實現(xiàn)無刷直流電機控制系統(tǒng)的控制；轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)可以實現(xiàn)無刷直流電機控制系統(tǒng)速度的無靜差控制；電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)實現(xiàn)電流或轉(zhuǎn)矩的控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的快速跟蹤。

相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)具有很好的動態(tài)性能，包括：1）無刷直流電機控制系統(tǒng)在啟動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能；2）動態(tài)抗擾性能高，包括抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動。當負載受到擾動后，可以通過速度調(diào)節(jié)器產(chǎn)生抗擾作用，當電網(wǎng)電壓波動時，通過電流調(diào)節(jié)器的作用可以迅速作出反應產(chǎn)生抗擾作用。

附圖說明

圖1為無刷直流電機組成結構示意圖；

圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)結構示意圖。

附圖標記：1-控制器；2-轉(zhuǎn)速計；3-換相裝置；4-第一位置傳感器；5-第二位置傳感器；6-速度控制器；7-PWM控制器；8-逆變電路；9-無刷直流電機；10-電流控制器；11-電流采集器。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)，為使本發(fā)明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本發(fā)明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)，包括控制器1、轉(zhuǎn)速計2、換相裝置3、第一位置傳感器4、第二位置傳感器5、速度控制器6、PWM控制器7、電流控制器10和電流采集器11，其中第一位置傳感器4為轉(zhuǎn)角位置傳感器，第二位置傳感器5為磁極位置傳感器，第一位置傳感器4和第二位置傳感器5分別與無刷直流電機9連接，控制器1分別連接轉(zhuǎn)速計2和換相裝置3，換相裝置3與PWM控制器7連接，PWM控制器7與電流控制器10連接，電流控制器10另一端與速度控制器6連接。PWM控制器7通過逆變電路8與無刷直流電機9連接。第一位置傳感器4和第二位置傳感器5分別與控制器1連接。換相裝置3對換相位置進行判斷，并將判斷結果傳輸?shù)絇WM控制器7。轉(zhuǎn)速計2進行轉(zhuǎn)速計算，電流采集器11采集電流控制器10和逆變電路8之間的電流值?？刂葡到y(tǒng)通過給定轉(zhuǎn)速信號與轉(zhuǎn)速計2計算的信號進行比較，誤差值傳輸?shù)剿俣瓤刂破?。

本發(fā)明的工作原理是：從圖1中可以看出電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，稱為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外面，稱為外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。給定信號與速度反饋值進行比較，誤差值送入速度控制器。經(jīng)速度控制器計算后得到電流環(huán)的給定值，與電流采集值進行比較，誤差值送入電流調(diào)節(jié)器。經(jīng)電流調(diào)節(jié)器計算后得到PWM的占空比，進而調(diào)節(jié)逆變電路實現(xiàn)無刷直流電機控制系統(tǒng)的控制。轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)可以實現(xiàn)無刷直流電機控制系統(tǒng)速度的無靜差控制；電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)實現(xiàn)電流或轉(zhuǎn)矩的控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的快速跟蹤。

脈寬調(diào)制（PWM）技術是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源輸出或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬信號進行控制的一種非常有效的技術。

PWM技術可以極其有效地進行諧波抑制，在頻率、效率各方面有著明顯的優(yōu)點，使逆變電路的技術性能與可靠性得到了明顯的提高。采用PWM方式構成的逆變器，其輸入為固定不變的直流電壓，可以通過PWM技術在同一逆變器中既實現(xiàn)調(diào)壓又實現(xiàn)調(diào)頻。由于這種逆變器只有一個可控的功率級，簡化了主回路和控制回路的結構，因而體積小、質(zhì)量輕、可靠性高。又因為集調(diào)壓、調(diào)頻于一身，所以調(diào)節(jié)速度快、系統(tǒng)的動態(tài)響應好。此外，采用PWM技術不僅能提供較好的逆變器輸出電壓和電流波形，而且也提高了逆變器對電網(wǎng)的功率因數(shù)。

本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制無刷直流電機控制系統(tǒng)具有很好的動態(tài)性能，包括：1）無刷直流電機控制系統(tǒng)在啟動和升速過程中，能夠在電流受電機過載能力約束下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能；2）動態(tài)抗擾性能高，包括抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動。當負載受到擾動后，可以通過速度調(diào)節(jié)器產(chǎn)生抗擾作用，當電網(wǎng)電壓波動時，通過電流調(diào)節(jié)器的作用可以迅速作出反應產(chǎn)生抗擾作用。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。