摘 要：阐述了低速永磁无刷直流电机掌握系统的软硬件设计，并在此根本上给出了掌握低速永磁无刷直流电机运行的程序总框图。实验表明，此系统能够很好地实现无刷直流电机的运行掌握。
目前，杆驱螺杆泵式抽油机普遍运用于油田生产中。由于螺杆泵式抽油机哀求驱动电机供应的驱动力矩大、转速慢、运行平稳。采取异步电机通过减速机构来驱动螺杆泵，每每存在效率低下、噪音、振动等问题，而无刷直流电机具有效率高、转矩大、低速运行平稳等优点，因此适宜用做螺杆泵式抽油的驱动电机。而且，专门制造的低速无刷直流电机可实现对螺杆泵式抽油机的直接驱动，既简化了系统的传动机构，又避免了利用减速器带来的一系列问题。其余，由于无刷直流电机运行中须要检测的状态量较多，掌握较为繁芜，采取单片机进行数据处理与掌握已经明显力不从心。近年来，国外许多公司纷纭推出高性能的数字旗子暗记处理器（DSP），比如TI公司的TMS320C24以及Motorola公司的DSP56F8xx系列，用来掌握无刷直流电机的运行非常方便。采取数字旗子暗记处理器的电机掌握系统，数据处理能力强，运行速率快，精度高，正处在普遍开拓和运用中。
1 硬件设计
掌握系统采取互换380 V整流得到的直流电作为供电电源，利用三相桥式逆变电路作为功率主电路，掌握单元采取Motorola公司的DSP56F803。
本掌握系统的硬件部分紧张由蓄电池及逆变电路、开关管驱动和保护电路、电源电路、系统掌握单元及其外围电路、电流及电压旗子暗记检测电路等几部分组成。图1所示是硬件系统的示意图。图中粗箭头表示能量传送方向，细箭头表示掌握或检测旗子暗记的传送方向。系统运行后，掌握单元根据预先设定的掌握指令以及检测到的有关旗子暗记发出开关管驱动旗子暗记掌握无刷直流电机的运行。
图2所示为功率逆变电路以及无刷直流电机的电路连接图。电枢绕组为三相绕组，Y接。功率逆变电路采取电压型三相全桥逆变电路。实验所用的无刷直流电机为额定功率2.2 kW，额定电压300 V，电枢绕组Y接；开关管选用富士公司的IGBT，型号为1MBH60-100，额定电流60 A，额定电压1 000 V；IGBT的驱动保护模块采取了VLA517-01R。
图3所示为掌握单元各模块承担的功能示意图。
键盘接口卖力吸收掌握指令，产生键盘中断或改变电机的运行状态。AD转换模块实时检测相电流、转速给定、相电压等旗子暗记。电机的位置检测采取电机内置的霍尔位置传感器，输出3路位置旗子暗记（矩形波）。根据电机当前转子位置旗子暗记决定IGBT的导畅通序，输出IGBT的开关旗子暗记。同时，将检测到的转速和相电流旗子暗记输入DSP，根据掌握算法决定PWM旗子暗记的占空比。PWM旗子暗记的占空比决定电机的速率掌握，它和IGBT的开关旗子暗记、故障中断产生的封锁旗子暗记一起作为逻辑综合电路的输入。逻辑综合电路的输出作为IGBT驱动电路的输入旗子暗记。
其他功能的硬件电路比如电压和电流采集等电路的设计较为常见。
2 电动运行事理
电动运行时，相电流的导通办法采取120°导通办法，即每个功率管导通韶光均为120°电角度。调速采取的PWM调制办法为半桥调制，即PWM只对导通周期内一对元件中的一个起浸染。功率管的开关状态取决于位置传感器供应的HALL旗子暗记。表1所示为测试得出的电机正向和反向电动运行时，霍尔位置传感器的HALL状态与开通功率管的对应关系。
图4(a)所示为半桥调制时相电流与反电势的对应关系。以T1和T6导通的60°韶光为例，这时eA、eB、eC的波形如图4(b)所示的t1～t3。图5所示为半桥调制下开关管导通和关断时的绕组电流情形。
3 软件设计
本设计的掌握单元采取Motorola公司的DSP56F803芯片，采取C措辞和汇编措辞稠浊编程，实施模块化设计。图6所示为系统软件设计构造框图，从图中可以看到程序的五大模块以及各模块间子程序的相互调用关系。
为担保电机平稳运行，必须担保换相平稳，即电机在换相时不发生抖动，只管即便减小转矩脉动。由于电机换相信号频率较高、旗子暗记传输线需由电机引向掌握器，每每较长，电机现场运行环境中的电磁成分极易对换相信号造成滋扰，使换相信号畸变、紊乱。这就须要对换相信号线进行相应防滋扰和滤波处理，比如通过使电机换相信号的输出与掌握器之间的旗子暗记线只管即便短，旗子暗记线采取绞合线以及采取外皮屏蔽式旗子暗记线等办法。程序上也可以对换相信号做滋扰过滤处理，即根据电机的转速估算正常换相的位置旗子暗记涌现的大体韶光段，将该韶光段外的滋扰旗子暗记屏蔽，这样，纵然转子在换相点附近滋扰旗子暗记，仍能正常换相。系统采取转速、电流双闭环掌握，两调节器均采取PID调节器，掌握系统如图7所示。
4 实验结果与结论
图8所示是实验测得的无刷直流电机空载起动转速变革曲线。可见转速相应较快，超调较小，转速颠簸小，具有良好的动静态特性。图9所示为本文设计的无刷直流电机掌握器掌握下的无刷直流电机的相电流和一相位置旗子暗记的波形，此波形较空想。总之，实验结果表明，系统运行情形较好，具有一定运用代价。
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