基于硬件FOC的无刷直流电机驱动器设计*

王其军,杨 坤,苏占彪,杨 峰

(1.西南石油大学 石油与天然气工程学院,四川 成都 610500；2.西南石油大学 机电工程学院,四川 成都 610500； 3.四川中匠科技有限公司,四川 南充 637000)

0 引 言

与有刷直流电机相比,无刷直流电机(brushless DC,BLDC)用电子换向器取代了机械换向器,因此BLDC既具有直流电机良好的调速性能等特点,又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点,广泛应用于电子数码消费品、工业控制、医疗设备、家用电器等领域[1]。BLDC的驱动控制的方式有方波驱动与正弦波驱动。方波驱动控制简单,但会产生刺耳的噪音,在电机的低速状态下非常难控制；尽管正弦波驱动能够做到平滑的换向,在低速状态也具有良好的控制效果,但在高速状态下,由于电流环必须跟踪频率不断升高的弦波信号,还要克服由于振幅和频率不断提高的电机反电动势,当达到控制器的极限带宽时,这种控制就失去了作用。矢量控制(field oriented control,FOC)既具有正弦波驱动的平滑控制,又解决了高速状态下失控的问题,并且由于其控制特点,能够使电机运行更加高效[2]。本文设计了基于FOC的BLDC驱动器。

1 FOC工作原理

在BLDC中,电机的转子受到两个力的作用：1)由空间平行电流ID施加的拉力;2)由空间垂直电流IQ施加的转矩。扭矩使电机产生转动,而拉力阻碍电机运动。因此在理想的矢量控制执行闭环电流调节时,使ID为0,使IQ为控制所需的力矩。FOC的核心思想即是通过坐标变换的方式直接控制ID与IQ,其实现过程如下：首先,FOC将三相定子电流作为电流矢量(IU；……