基于DSP控制直流電機雙閉環調速的研究

摘 要：本文主要以數字信號處理器為主要控制手段設計的直流雙閉環調速系統。雙閉環調速主要是速度調節器，另一個是電流調節器。全控型的開關功率元件進行脈寬調制（PWM）控制形式變成當今的一種趨勢。并且速度反饋元件選用霍爾傳感器，通過檢驗霍爾傳感器的指示燈與捕獲端口來讀取的狀態是否一致。然后是數字信號處理器的自動調節脈沖寬度，輸出脈沖，驅動電路后，控制電機的速度[1]。

關鍵詞：直流電機；雙閉環調速系統；霍爾傳感器；DSP

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.164

1 緒論

本文主要以直流電器為研究對象。我們希望采取工程設計方法來設計直流電機的速度，電流這2個方面的調速。這次是以DSP為基礎的來設計直流電動機的動態結構圖，我們做了研究[2]。在CCS3.3軟件環境，對F28335的測試案例細細剖析，再次證明了這個控制方案的可行性。

2 系統的組成

根據反饋控制律，利用物理量的負反饋，在一定條件下保持負反饋量。然后，電流負反饋可以用來獲得恒定的電流過程。所以，我們期待的是：啟動過程只是當前負反饋，無速度負反饋；達到穩態速度后，只有速度負反饋，以防止當前負反饋發揮作用。為了讓轉速、電流負反饋都共同體現出自身在調節轉速方面的價值，最初的想法是在系統中應用2個調節器。分別調節轉速、電流。并且各自引入轉速電流負反饋。兩者之間的嵌套連接的實現。這構成速度，電流雙閉環調速系統[3]。

3 雙閉環直流調速系統的靜特性分析

（1）轉速調節器不飽時[4]。兩個調節器都尚未達到其穩定狀態。因此輸入偏置電壓為零。如此，

（2）轉速調節器飽和時。ASR輸出的電壓Uim*達到極限的狀態，轉速的外環通常會看成開環。這時轉速的變化對系統的干擾就微乎其微了。雙閉環系統也就可以看成是一個單電流閉環調度系統了，且無靜差。穩定狀態：

其中，最大電流是由電機過載能力和允許最大加速度。通過上述公式，可以知道該段的靜態特性。這下垂特性僅僅符合nn0），這時Un>ASR，ASR就會失去飽和狀態。

4 系統動態性能的分析[5]

參考單閉環調速所仿真的的模型，對雙閉環控制的布局進行考量。參考單閉環調速所仿真的的模型，對雙閉環控制的布局進行考量。

（1）第I階段電流上升階段（t～t1）。

1）驟然增加給定電壓Un后，Id會上漲。并且當Id小于負載電流IdL時，此時電機不會運動。

2）當Id≥IdL，電機將會先轉動。但是由于電機具有慣性，轉速不會突然加快。因此，對轉速調節器的輸入偏置電壓的值比較大。它的輸出電壓保持在限制的幅度U*im，迫使目前的快速增加。

3）當Id=Idm時，電流調節器迅速就抑制了Id的增長，這時這一階段結束。

（2）第II階段恒流升速階段（t1-t2）。

1）在當前的階段，ASR持續處在飽和狀態。速度環等效于開環。在給定的恒定電流U*im下，系統成為一個調節系統。在這一點上，我們必需確保電流Id達到一個相對來說較為恒定狀態。這也就讓系統的加速度相對來說處于穩定狀態，這也就使轉速的增加呈正比（線性）。這時系統的加速度通常來說是不變的，轉速呈線性增長（見圖1）

2）同時，電機反電動勢E也會按比例增加。相對于電流調節系統，E同樣是線性緩慢增加的擾動量。為了克服干擾，ud0和UC也線性增長，以維持一個恒定的電流Id。

（3）第Ⅲ階段轉速調節階段（t2以后）。

1）當速度增加到一個給定的n*=n0值，速度調節器的輸入誤差減小到0。但由于整體功能的影響，使輸出保持在限位，所以電機繼續加速。但只要我超過負荷電流IDL，車速的不斷提高。直到ID = IDL，轉速n達到高峰。（t=t3）

2）之后，電動機開始在負載的阻力下減速。此時，在t3-t4內Id

5 總結

恒流加速階段從電流升至最大值起，到轉速達到給定值為止。在這個階段中，轉速調節器一直飽和，轉速環相當于開環狀態，系統起到恒定電流調節作用，電流基本保持不變。因而電機控制系統保持加速度恒定，轉速呈線性增長。在最后的轉速調整階段內，轉速調節和電流調節都不飽和，兩者同時起到調節作用，通過仿真及分析，系統達到了較好的效果。

參考文獻：

[1]湯天浩.電力傳動控制系統運動控制系統[M].機械工業出版社，2010（04）.

[2]郭丙君.電力拖動與控[M].華東理工大學出版社，2012.

[3]張斌.軌道交通電氣傳動控制系統[M].西南交通大學出版社，2013.

[4]錢曉龍.電機傳動控制技術[M].冶金工業出版社，2013.

[5]潘月斗.電力拖動自動控制系統[M].機械出版社出版社，2014.

[6]吳貴文.新運動控制系統[M].機械工業出版社，2014.

作者簡介：林森（1986-），男，吉林人，碩士，助教，研究方向：電力電子與電力傳動。