基于单片机PID算法的无刷直流电机控制系统的研究

BillScot2

摘要:为了实现无刷直流电机的控制数字化和精确 可控性,以及解决普通PID算法在无刷直流电机应用中出现的问
题,分析了一种以单片机为核心的硬件控制系统方案。该控制系统由无刷直流电机、IR2130,IRF540等构成，以AT89C51为
  }" V/ ^/ M/ q核心,控制算法采用变速积分PID算法。仿真结果证明成功解决了普通PID算法中的积分饱和现象，系统响应速度快,稳定
% {# y0 B% l6 U  w) O# J# {性好,提高了无刷直流电机的可控性。
关键词:无刷直流电机;单片机; PID; PWM
传统的无刷直流电动机控制系统是主要由模拟器件
构成的模拟系统,但模拟系统存在着器件易于老化，器件
随温度变化造成参数漂移,系统可靠性下降及系统升级困
难等缺点,成为制约其发展的瓶颈。随着微处理机和大规
模集成电路的发展,无刷直流电动机控制器正从模拟走向
4 v5 F: @0 `+ p7 V& T数字,从而可以完成许多复杂控制,应用前景更加广阔。
% R! G% y1 H8 H! F本文以单片机AT89C51为核心,设计了一种数字的无刷
直流电机控制系统,利用电机本身的位置传感器信号倍频
后作为速度反馈,用脉冲信号作为速度给定信号,用改进
4 x. _- p+ D8 J) _的数字PID算法进行速度控制,获得了较好的控制效果。
1系统的控制方案
, P2 [* I, t0 n系统主要由微处理器、给定电路、驱动电路、电源变换
电路、主功率电路、保护电路检测电路、隔离电路、显示电
; `7 _! S4 }" `( `路以及看门狗电路等组成。其整个控制系统的基本结构
2 G3 [6 Z$ C! E; n' M/ k$ r7 `+ F框图如图1所示。
为了充分利用电机的功率容量和最大转矩,本文研究
+ x+ V" e# Q5 S5 I的是三相无刷直流电机,以星型连接全桥驱动,采用PWM
6 J/ F, K" U* Q% o/ ?调制控制速度,通电方式采用两两通方式。电机控制系统
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采用速度环和电流环双闭环控制,如图2所示。速度环为
. ?( R9 J& L$ C8 o% f( |, _; f控制系统外环,负责对参考转速与实测转速进行比较,再
7 B' f* i( }7 W7 t% C9 j通过速度调节器对转速差进行PID调节,得到电流环调节
' K0 A- f( n0 W" ]; [% N所需要的电流参考值与实测电流之差进行考值,对电流
1 }3 t4 K6 [* z, SPID调节,完成双闭环控制。
1 [) o: s( W1 x" q" p
9 j! A$ m0 u. Y0 x" e5 \' M! X2 V+ p速度给定信号通过两种方式传给单片机:通过单片机
! @( B/ `: Y2 U! M! P) ^! p) }串口;通过给单片机一个与给定速度相同的周期脉冲信
5 g5 l+ `- D' I5 I/ L. a9 c号,单片机计算该脉冲的频率或周期作为给定转速。在本
文中采用Phillips Semiconductor公司生产的SE555定时
器电路,他是8脚芯片,具有关断时间小于2 μs,最大工作
频率大于500 kHz,温度系数稳定,只有0.005% /C,而且
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以AT89C51为核心,控制算法采用变速积分PID算法

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