一种直流无刷电机的控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及直流无刷电机控制领域，尤其涉及一种直流无刷电机的控制系统。
【背景技术】
[0002] 无刷直流电机既有交流电机结构简单、运行可靠的特点，又具有直流电机调速性 能好的优点，无论是在动力牵引还是在伺服系统中都具有广泛的应用。传统的直流无刷电 机采用方波控制方式，控制简单，容易实现，同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对 噪声有要求的应用领域存在局限性。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于，提供一种直流无刷电机的 控制系统，使直流无刷电机启动更平稳，降低了启动电流，同时恒速运行时速度更稳定，电 压、电流波形更平滑。
[0004] 为达此目的，本发明包括：PI调节模块、SPWM模块、位置估算模块、反馈模块、逆变 丰吴块；
[0005] 所述PI调节模块用于对输入的转速值和所述反馈模块反馈的转速值进行调制， 并将调制后转速值输入给所述SPWM模块；
[0006] 所述反馈模块用于对直流无刷电机进行转速采样，并将采样到转速值反馈给所述 PI调节模块；
[0007] 所述位置估算模块用于将所述反馈模块采样的估算出直流无刷电机转子位置角 度，并将转子位置角度传送给所述SPWM模块；
[0008] 所述SPWM模块用于根据接收的所述PI调节模块调制后的转速值以及所述位置估 算模块估算的转子位置角度，生成与正弦波等效的PWM波，控制所述逆变模块的通断，并通 过改变PWM波的频率和幅值，调节所述逆变模块输出电压的频率和幅值；
[0009] 所述逆变模块用于根据所述SPWM模块生成的PWM波通断，并根据PWM波的频率和 幅值，调节输出电压的频率和幅值，来控制直流无刷电机。
[0010] 优选地，所述PI调节模块包括：比例调节单元和积分调节单元；
[0011] 所述比例调节单元用于调节控制系统产生的偏差；
[0012] 所述积分调节单元用于消除控制系统的静态误差。
[0013] 优选地，所述反馈模块包括：速度计算单元、霍尔采样单元；
[0014] 所述霍尔采样单元用于对直流无刷电机的转速进行采样；
[0015] 所述速度计算单元用于根据所述霍尔采样单元采样到的转速，计算出速度值，并 传送给所述PI调节模块。
[0016] 优选地，所述霍尔采样单元采用霍尔元件；
[0017] 所述霍尔元件设置在直流无刷电机绕组的端部，并超前于直流无刷电机其中一相 绕组90°的电角度，且与直流无刷电机的铁芯和绕组设有间隔距离。
[0018] 优选地，还包括：电压检测处理电路；
[0019] 所述电压检测处理电路用于对直流无刷电机的电压监控，滤除屏蔽干扰信号。
[0020] 优选地，还包括：超前角调整模块；
[0021] 所述超前角调整模块设置在所述位置估算模块与所述SPWM模块之间，用于对所 述位置估算模块估算的转子位置角度进行超前角补偿。
[0022] 优选地，所述反馈模块还包括：滤波单元；
[0023] 所述滤波单元用于滤除所述霍尔采样单元采样的干扰波。
[0024] 优选地，还包括：输入电源和隔离运算放大器；
[0025] 所述输入电源用于给予控制系统内部元件供电；
[0026] 所述隔离运算放大器与所述输入电源电连接，用于保证所述输入电源提供电压信 号的精确度和稳定性。
[0027] 从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0028] 本发明采用PI调节加前馈增量调整，加入超前角调节增量，使直流无刷电机启动 更平稳，降低了启动电流，同时恒速运行时速度更稳定，电压、电流波形更平滑。对直流无刷 电机运行状况进行监测，使直流无刷电机和电路得到实时的保护。
【附图说明】
[0029] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单 地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术 人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030] 图1为直流无刷电机的控制系统实施例的整体示意图；
[0031] 图2为直流无刷电机的控制系统实施例的优选地整体示意图；
[0032] 图3为P1调节模块原理图以及特性曲线图；
[0033] 图4为霍尔元件采样特性曲线图；
[0034] 图5为HCPL-7860隔离运算放大器电路图。
【具体实施方式】
[0035] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的 实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施 例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范 围。
[0036] 本实施例提供一种直流无刷电机的控制系统，请参阅图1所示，包括：PI调节模块 1、SPWM模块2、位置估算模块6、反馈模块5、逆变模块3 ;
[0037] PI调节模块1用于对输入的转速值和反馈模块5反馈的转速值进行调制，并将调 制后转速值输入给SPWM模块2 ;
[0038] 反馈模块5用于对直流无刷电机4进行转速采样，并将采样到转速值反馈给PI调 节模块1 ;
[0039] 位置估算模块6用于将反馈模块5采样的估算出直流无刷电机4转子位置角度， 并将转子位置角度传送给SPWM模块2 ;
[0040] SPWM模块2用于根据接收的PI调节模块调制后的转速值以及位置估算模块估算 的转子位置角度，生成与正弦波等效的PWM波，控制逆变模块3的通断，并通过改变PWM波 的频率和幅值，调节逆变模块3输出电压的频率和幅值；
[0041] 逆变模块3用于根据SPWM模块2生成的PWM波通断，并根据PWM波的频率和幅值， 调节输出电压的频率和幅值，来控制直流无刷电机4。
[0042] 在本实施例中，PI调节模块1包括：比例调节单元和积分调节单元；比例调节单元 用于调节控制系统产生的偏差；积分调节单元用于消除控制系统的静态误差。
[0043] 具体的，PI调节模块1是同时具有比例和和分i云笪西种作用的放大器，其电路结 构和特性请参阅图3所示，输出电压ΛU2可写K
【主权项】
1. 一种直流无刷电机的控制系统，其特征在于，包括：PI调节模块、SPWM模块、位置估 算模块、反馈模块、逆变模块； 所述PI调节模块用于对输入的转速值和所述反馈模块反馈的转速值进行调制，并将 调制后转速值输入给所述SPWM模块； 所述反馈模块用于对直流无刷电机进行转速采样，并将采样到转速值反馈给所述PI调节模块； 所述位置估算模块用于将所述反馈模块采样的估算出直流无刷电机转子位置角度，并 将转子位置角度传送给所述SPWM模块； 所述SPWM模块用于根据接收的所述PI调节模块调制后的转速值以及所述位置估算模 块估算的转子位置角度，生成与正弦波等效的PWM波，控制所述逆变模块的通断，并通过改 变PWM波的频率和幅值，调节所述逆变模块输出电压的频率和幅值； 所述逆变模块用于根据所述SPWM模块生成的PWM波通断，并根据PWM波的频率和幅 值，调节输出电压的频率和幅值，来控制直流无刷电机。
2. 根据权利要求1所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 所述PI调节模块包括：比例调节单元和积分调节单元； 所述比例调节单元用于调节控制系统产生的偏差； 所述积分调节单元用于消除控制系统的静态误差。
3. 根据权利要求1所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 所述反馈模块包括：速度计算单元、霍尔采样单元； 所述霍尔采样单元用于对直流无刷电机的转速进行采样； 所述速度计算单元用于根据所述霍尔采样单元采样到的转速，计算出速度值，并传送 给所述PI调节模块。
4. 根据权利要求3所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 所述霍尔采样单元采用霍尔元件； 所述霍尔元件设置在直流无刷电机绕组的端部，并超前于直流无刷电机其中一相绕组 90°的电角度，且与直流无刷电机的铁芯和绕组设有间隔距离。
5. 根据权利要求1所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 还包括：电压检测处理电路； 所述电压检测处理电路用于对直流无刷电机的电压监控，滤除屏蔽干扰信号。
6. 根据权利要求1所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 还包括：超前角调整模块； 所述超前角调整模块设置在所述位置估算模块与所述SPWM模块之间，用于对所述位 置估算模块估算的转子位置角度进行超前角补偿。
7. 根据权利要求3所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 所述反馈模块还包括：滤波单元； 所述滤波单元用于滤除所述霍尔采样单元采样的干扰波。
8. 根据权利要求1所述的直流无刷电机的控制系统，其特征在于， 还包括：输入电源和隔离运算放大器； 所述输入电源用于给予控制系统内部元件供电； 所述隔离运算放大器与所述输入电源电连接，用于保证所述输入电源提供电压信号的 精确度和稳定性。
【专利摘要】本发明公开一种直流无刷电机的控制系统，本发明采用PI调节加前馈增量调整，加入超前角调节增量，使直流无刷电机启动更平稳，降低了启动电流，同时恒速运行时速度更稳定，电压、电流波形更平滑。对直流无刷电机运行状况进行监测，使直流无刷电机和电路得到实时的保护。
【IPC分类】H02P6-20, H02P6-08, H02P6-16
【公开号】CN104779848
【申请号】CN201510237449
【发明人】周艳, 宁军华, 蒲祖林, 何武伦
【申请人】无限极（中国）有限公司
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年5月11日