阅读说明：本技术 一种无刷直流电机pi控制系统 (PI control system of brushless direct current motor ) 是由 刘运录 于 2019-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无刷直流电机PI控制系统,包括PI控制器、转速控制模块、电机驱动电路和无刷直流电机,所述PI控制器与转速控制模块相连接,转速控制模块与电机驱动电路相连接,所述无刷直流电机的输出端电性连接有霍尔传感器,所述霍尔传感器的输出端电性连接有减法器,该减法器的输出端连接有CPLD平台。本发明能够使用二分法的减法算法,利用高速运行的减法器来实现除法的功能,从而得到转速信息,作差来得到转速误差信息,极大提高了除法器的效率,有利于该无刷直流电机PI控制系统的快速运行。(The invention discloses a PI control system of a brushless direct current motor, which comprises a PI controller, a rotating speed control module, a motor driving circuit and the brushless direct current motor, wherein the PI controller is connected with the rotating speed control module, the rotating speed control module is connected with the motor driving circuit, the output end of the brushless direct current motor is electrically connected with a Hall sensor, the output end of the Hall sensor is electrically connected with a subtracter, and the output end of the subtracter is connected with a CPLD platform. The invention can use the subtraction algorithm of the dichotomy and realize the function of division by using the subtracter which runs at high speed, thereby obtaining the rotating speed information and obtaining the rotating speed error information by making a difference, greatly improving the efficiency of the divider and being beneficial to the quick running of the PI control system of the brushless direct current motor.)

一种无刷直流电机PI控制系统

技术领域

本发明涉及无刷直流电机控制技术领域，尤其涉及使用软件完成无刷直流电机的PI控制系统，具体为一种无刷直流电机PI控制系统。

背景技术

目前用于运行可靠、工作效率高、维护方便等优点，无刷直流电机已在伺服控制领域得到广泛应用。

现如今，在无刷直流电机的控制系统中，通常是使用硬件电路搭出比例和积分运算电路，在软件部分，通常是使用DSP完成速度环，电流环的完成控制系统的闭环，还未使用过单独的CPLD实现控制；同时采用DSP完成速度环中，在转速较快的情况下无法及时完成转速的更新，导致除法器效率较慢，不利于无刷直流电机的控制快速运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无刷直流电机PI控制系统，以解决上述背景技术中提出的转速较快的情况下无法及时完成转速的更新，导致除法器效率较慢的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括PI控制器、转速控制模块、电机驱动电路和无刷直流电机，所述PI控制器与转速控制模块相连接，转速控制模块与电机驱动电路相连接，电机驱动电路的输出端与无刷直流电机电性连接；所述无刷直流电机的输出端电性连接有霍尔传感器，所述霍尔传感器的输出端电性连接有减法器，该减法器的输出端连接有CPLD平台；所述CPLD平台包括分频模块，该分频模块的输出端分别与PI控制器及转速控制模块电性相连。

优选的，所述霍尔传感器的输出端还连接有积分器，积分器与PI控制器相连接，积分器用于在控制系统恢复正常时PI控制器输出能平滑过渡。

优选的，所述转速控制模块的模块更新速率为10kHz，该转速控制模块用于稳定无刷直流电机运行转速切入PI转速闭环。

优选的，所述减法器用于控制系统转速转换环节实现除法功能以得到无刷直流电机转速信息。

优选的，所述CPLD平台用于接收无刷直流电机的霍尔位置信号并将PI控制器提供的PWM信号分配为无刷直流电机的控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所增加的减法器以及转速转换环节，能够使用二分法的减法算法，利用高速运行的减法器来实现除法的功能，即将除数乘以2-N作为除数来进行减法操作，从而得到转速信息，作差来得到转速误差信息，极大提高了除法器的效率，有利于该无刷直流电机PI控制系统的快速运行。

附图说明

图1为本发明基于CPLD平台的无刷直流电机PI控制实现框图；

图2为本发明基于CPLD平台的无刷直流电机分频模块控制框图。

图中：1 PI控制器、2转速控制模块、3电机驱动电路、4无刷直流电机、5霍尔传感器、6减法器、7积分器、8 CPLD平台、81分频模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：包括PI控制器1、转速控制模块2、电机驱动电路3和无刷直流电机4，PI控制器1与转速控制模块2相连接，转速控制模块2与电机驱动电路3相连接，电机驱动电路3的输出端与无刷直流电机4电性连接；转速控制模块2的模块更新速率为10kHz，该转速控制模块2用于稳定无刷直流电机4运行转速切入PI转速闭环；无刷直流电机4的输出端电性连接有霍尔传感器5，霍尔传感器5采集无刷直流电机4的霍尔信息，霍尔传感器5的输出端电性连接有减法器6，减法器6用于控制系统转速转换环节实现除法功能以得到无刷直流电机4转速信息；减法器6采用SN74LS92型、SOP-16型、CD74AC283E型减法器中的任意一种，减法器6使用，即可将控制系统CPLD平台自带的除法器，该除法器采用常规的除法器来进行PI控制系统的运行使用，此时除法器将除数乘以2-N作为除数以开始计算，如果被除数大于除数，则商加1，被除数减去除数得到新的被除数，知道被除数小于除数，在计算中，除法器运行标志置1，完成除法则清0，目的是使能除法器模块清使能信号，减法器6使用二分法的减法算法，将除数乘以2-N作为除数以开始计算，大大提高了除法器的效率，其中除法器采用AD633JN型、HA9P2556-9型除法器中的任意一种；该减法器6的输出端连接有CPLD平台8；CPLD平台8包括分频模块81，该分频模块81的输出端分别与PI控制器1及转速控制模块2电性相连；CPLD平台8用于接收无刷直流电机4的霍尔位置信号并将PI控制器1提供的PWM信号分配为无刷直流电机4的控制信号；霍尔传感器5的输出端还连接有积分器7，积分器7与PI控制器1相连接，积分器7用于在控制系统恢复正常时PI控制器1输出能平滑过渡。

其中，积分器7采用LF357型、PRVAR10型、QA500型积分器中的任意一种；积分器7中做了故障时积分反算功能，当系统有故障，不使用PI控制器1进行PI控制时，积分器7的输出是利用转速控制模块2输出和PI结构反算出来的，目的是当系统恢复正常，采用PI控制器1时，PI控制器1的输出能够平滑过渡；PI计算部分实现PI输出的计算，并进行了PI控制器1的输出的限幅；其中，积分器7中包含积分电路，是信号调理器实现加速度信号转换为速度和位移的变换电路。

工作原理：CPLD平台8用于接收无刷直流电机4的霍尔位置信号及PI控制器1生成的PWM信号，将PI控制器1所生成的PWM信号分配为无刷直流电机4的控制信号，CPLD平台8中CPLD芯片输出的每个PWM信号直接转换成驱动信号并发送至电机驱动电路3，经过电机驱动电路3控制无刷直流电机4的运行。

其中，转速控制模块2的更新速率为10kHz，和开关频率10kHz匹配上，在控制系统中无刷直流电机4低速时，采用CPLD平台8的CPLD芯片启动转动控制，当控制系统中无刷直流电机4到达稳定运行转速时切入PI转速闭环；PI控制器1采用N5-1-5型、C5-E-CANopen型、CL4-E-1-12型控制器中的任意一种；无刷直流电机4采用DMK16-DEC1625型、D4BLD60-24-25S-RC型电机中的任意一种。

本发明所增加的减法器6以及转速转换环节，能够使用二分法的减法算法，利用高速运行的减法器6来实现除法的功能，即将除数乘以2-N作为除数来进行减法操作，从而得到转速信息，作差来得到转速误差信息，极大提高了除法器的效率，有利于该无刷直流电机PI控制系统的快速运行，解决了现有无刷直流电机控制系统中在转速较快情况下无法及时完成转速的更新，导致除法器效率较慢的问题。

其中，CPLD平台8的分频模块81采用PA-280JBL型、HY-T3型分频器中的任意一种；CPLD采用CMOS EPROM、EEPROM、快闪存储器和SRAM等编程技术，从而构成了高密度、高速度和低功耗的可编程逻辑器件；CPLD主要由逻辑块、可编程互连通道和I/O块三部分构成；CPLD包括EPM7128S器件和XCR3064XL器件。

本发明增加的转速转换环节，利用高速运行的减法器6来实现除法器的除法功能，从而得到转速信息，作差来得到转速误差信息；本发明提高了转速的测量速率，霍尔传感器5的一个霍尔周期进行转速的更新，同时保留滤波，测量速率提高了六倍；转速测量速率的提高，有利于转速控制闭环控制；其中霍尔传感器5采用JS-HA18D-SE型、JS-169型、YS96B型传感器中的任意一种，霍尔传感器5得到的信息转化为转速信息，公式为spced=100M/spced_reg，由于在CPLD中实现除法比较占资源，增加转速转换环节利用高速运行的减法器6来实现除法的功能，从而得到转速信息，作差来得到转速误差信息。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。