双转式永磁无刷电动机的控制
何苗
(林泉电机厂，贵州贵阳550008)
摘要：在普通永磁无刷电动机基础上，分析了双转式永磁无刷电动机的数学模型及速度闭环控制策略，并在该基础上建立以tms320f2407为核心的闭环控制软硬件系统，并进行了试验。试验结果表明该种控制系统控制性能较好，控制精度较高。
关键词：双转式；永磁无刷电动机；闭环控制
中图分类号：tm33 文献标识码：a 文章编号：1004-7018(2009)11-0026-02
0引 言
双转式永磁无刷电动机与普通永磁无刷电动机的区别在于原来静止的定子也可以自由地旋转，两者的电磁关系是相同的，但其运动规律不同。普通永磁无刷电动机的电磁转矩仅驱动转子磁极旋转，其电枢是静止不动的；而双转式永磁无刷电动机的电磁转矩则驱动内外两个转子向相反的方向旋转。对于普通的永磁无刷直流电动机，换相信息来自转子与定子之间的相对位置；而对于双转式永磁无刷直流电动机，换相信息来自两个转子之间的相对位置。由于没有换相火花、陀螺效应以及两个转子对转等特点，目前双转式永磁无刷电动机主要应用于水下推进系统。
本文在普通永磁无刷电动机基础上，建立双转式水磁无刷电动机的控制模型，利用电机控制专用dsp芯片tms320f407对双转式永磁无刷电动机进行速度电流闭环控制。
1双转式永磁无刷电动机数学模型
假设双转式永磁无刷直流电动机的磁极转子以逆时针方向为正方向，电枢转子以顺时针方向为正方向，并用ωr1、ωr2 分别表示两个转子的角速度，则参照普通永磁无刷直流电动机数学模型，即可得到双转式永磁无刷直流电动机的简化数学模型为：
式中：u为电源电压；e为电枢绕组反电动势；iacp为平均电枢电流；tamp为电枢绕组的平均电阻；△u为功率晶体管的饱和压降；b1、b2分别为两个转子的摩擦系数；j1、j2分别为两个转子的转动惯量；p为
对于不同的电枢绕组形式和换相线路形式，电枢绕组反电动势有不同的表达式，但不论何种形式都可表示为：
从式(7)、式(8)可以看出，若外加直流电压一定，则减小电机的负载，转速升高，逆变器的触发频率也会升高，同时反电势增加，电流减小，电磁转矩也减小。当电磁转矩和负载转矩平衡时，电机就维持在一个较高的转速运行。如果负载不变，提高外加直流电压，则转速提高，逆变器的频率也提高，反电势增大，使电流减小，电磁转矩呈现减小的趋势，这样就使电机维持在一个较高的转速运行。由此可见，由于双转式永磁无刷电动机的自同步性，其调速方法与有刷电动机调速方式类似，可以通过调节外加直流电压来调速。根据上述的控制策略思想，本文设计的双转式永磁无刷电动机控制原理框图如图1所示。
由图1可知，本系统是由速度与电流双闭环组成，外环为速度环，通过采集速度与设定速度比较，其差值通过pid调节输出与采集电流比较，pid输出调节pwm的占空比，从而控制电机系统在指定的速度运行。
2双转式永磁无刷电动机控制系统设计
2.1硬件系统
双转式永磁无刷电动机速度控制系统框图如图2所示。
在图2中，tms320f2407是整个控制系统的核心。它由上位pc机经can通讯获得给定的速度指令，由a／d采样电路获得三相电流实际值，霍尔位置传感器获得电机动子的实际位置信号，经过tms320f2407运算输出六路pwm信号，经光耦隔离驱动后触发ipm三相逆变电路，达到控制速度的目的。
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