電源電壓波動(dòng)、負(fù)載變化等都會(huì)引起轉(zhuǎn)速的改變，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制能夠有效地抑制穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)，但因電樞電流不受控，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能欠佳。BLDCM轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖見圖1。

圖1 BLDCM轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

一、轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集和處理

轉(zhuǎn)速測(cè)量是調(diào)速系統(tǒng)中構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的最基本條件，無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)屬脈沖信號(hào)，其變化的快慢直接由轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，因此可用以轉(zhuǎn)速的測(cè)量。常見基于脈沖的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法有以下三種：

1．M法測(cè)速

通過(guò)對(duì)規(guī)定時(shí)間內(nèi)位置檢測(cè)信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)獲得被測(cè)轉(zhuǎn)速，稱為M法測(cè)速。轉(zhuǎn)速較低時(shí)因測(cè)量時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)少，誤差會(huì)變大，所以M法宜測(cè)量高速。如要降低測(cè)量的轉(zhuǎn)速下限，可以提高編碼器分辨率或延長(zhǎng)測(cè)量時(shí)間，使一次采集的脈沖數(shù)盡可能多。

2．T法測(cè)速

測(cè)量相鄰兩個(gè)位置檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，稱為T法測(cè)速。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，因測(cè)得的周期較小，誤差因此變大，所以T法宜測(cè)量低速。如要增加轉(zhuǎn)速測(cè)量的上限，可以減小編碼器的脈沖數(shù)，或使用更小更精確的計(jì)時(shí)單位，使一次測(cè)量的時(shí)間值盡可能大。

3．M/T法測(cè)速

M法、T法各有優(yōu)劣和適應(yīng)范圍，同時(shí)受成本和實(shí)時(shí)性等條件限制，全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的測(cè)量通常使用M法、T法結(jié)合的M/T測(cè)速法，即同時(shí)檢測(cè)時(shí)間和在此時(shí)間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速，低速時(shí)測(cè)周期、高速時(shí)測(cè)頻率，但需綜合各方面因素確定轉(zhuǎn)速測(cè)量方法的切換點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)軟硬件要求較高。

二、電機(jī)啟動(dòng)及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)策略

由根據(jù)前面分享的《CW32電機(jī)控制基礎(chǔ)--無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性》可知，如果啟動(dòng)策略欠妥，可能導(dǎo)致遠(yuǎn)超出正常電流的啟動(dòng)電流，以致?lián)p壞硬件電路；也可能因啟動(dòng)電流小導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩偏低，電機(jī)啟動(dòng)困難，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。

在無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電樞電流通常也不可測(cè)，為保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，電機(jī)通?？蛰d或輕載啟動(dòng)，PWM占空比從一個(gè)較小的足以克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩的值開始逐漸上升，直至達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速。然后，控制系統(tǒng)才轉(zhuǎn)換到正常的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。PWM占空比的緩慢提升相當(dāng)于緩慢增加施加于電機(jī)電樞電壓，從而使起動(dòng)電流被限制在一個(gè)合適的水平，50至幾百ms的軟起動(dòng)時(shí)間一般足以限制起動(dòng)電流的沖擊。

以驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)為例，電機(jī)PWM方式啟動(dòng)過(guò)程可分為三個(gè)過(guò)程：

1．轉(zhuǎn)子定位：視負(fù)載大小選擇啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，再由式（1）計(jì)算電樞電壓從而確定啟動(dòng)PWM占空比，換相電路輸出特定相電壓，直到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到特定位置；

2．斜坡升速：換相電路根據(jù)檢測(cè)到的位置信號(hào)開始換相，并開始轉(zhuǎn)速測(cè)量；根據(jù)實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速推算負(fù)載轉(zhuǎn)矩，結(jié)合要求的升速時(shí)間經(jīng)式（4）確定所需電磁轉(zhuǎn)矩，再由式（3）計(jì)算對(duì)應(yīng)的電樞電流，最后通過(guò)式（1）和式（2）計(jì)算新占空比值并輸出，如此重復(fù)直至啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束；

3．正常運(yùn)行：系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，占空比由轉(zhuǎn)速PID運(yùn)算確定。

總之，轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，但因電流不可控，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能欠佳，不適用于有頻繁啟停要求的應(yīng)用場(chǎng)合。

電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為：

電樞反電動(dòng)勢(shì)：

電磁轉(zhuǎn)矩Te：

電樞電流（起動(dòng)電流）：

審核編輯 黃宇