[發(fā)明專利]一種無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制電路及一種儀器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410542828.X
• 申請(qǐng)日: 2014-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN105515483A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司
• 主分類號(hào): H02P21/05
• 分類號(hào): H02P21/05
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 路凱;胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)電一體化領(lǐng)域，尤其涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制電 路及一種儀器。

背景技術(shù)

無(wú)刷直流電機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它是由電動(dòng)機(jī)本體，位置檢 測(cè)器，逆變器和控制器組成的自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或自控式變頻同步電動(dòng)機(jī)。隨 著電力電子技術(shù)和高性能永磁材料的迅速發(fā)展，它的應(yīng)用從最初的軍事工業(yè),向 航空航天、信息、家電、醫(yī)療等領(lǐng)域迅速發(fā)展。在醫(yī)療行業(yè)使用以無(wú)刷直流電 機(jī)為本體的渦輪供氣，不僅可以大幅度縮小氣源的體積，節(jié)省能源，降低成本， 還可以對(duì)渦輪進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的控制，從而獲得穩(wěn)定的氣流與壓力。

無(wú)刷直流電機(jī)是基于PWM控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。圖1為 無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制器的原理圖，如圖1所示，系統(tǒng)通過軟、 硬件的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)電流環(huán)和速度環(huán)的全數(shù)字雙閉環(huán)控制。轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)為外 環(huán)，其作用是保證系統(tǒng)的穩(wěn)速精度。電流負(fù)反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，其作用是實(shí)現(xiàn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)距控制，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)限流以及改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。電流環(huán)采用比例控 制算法進(jìn)行相電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)能力；速度環(huán)采用常用的PI 算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。給定轉(zhuǎn)速與速度反饋量形成偏差，經(jīng)速度調(diào)節(jié) 后產(chǎn)生電流參考量，電流參考量與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占 空比的控制量，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。電流的反饋是通過檢測(cè)電阻R上的壓降 來(lái)實(shí)現(xiàn)的；速度反饋則是通過位置檢測(cè)電路輸出的位置量，經(jīng)過計(jì)算得到的。 位置檢測(cè)電路的輸出位置量還用于保證電機(jī)的正確換相。

在現(xiàn)有技術(shù)中，無(wú)刷直流電機(jī)的定子繞組電流波形為梯形波，可以近似的 認(rèn)為是方波，并且轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一定的電角度，電流就換相一次。在這個(gè)過程中， 隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，定子電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用必然發(fā)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，這 種轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是非常復(fù)雜的。在換相過程中，由于三相全橋驅(qū)動(dòng)電路中的PWM波 的占空比是階躍性的調(diào)制，使得電流在工作時(shí)所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是跳躍式的， 由此產(chǎn)生的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，這樣會(huì)引起一定的振動(dòng)噪聲。轉(zhuǎn)矩波動(dòng)直接造 成電機(jī)輸出氣流的流速不平穩(wěn)，造成氣路調(diào)節(jié)時(shí)間過長(zhǎng)。因此對(duì)換相時(shí)刻的繞 組電流進(jìn)行控制，使之變化的幅度降低，就可以達(dá)到降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的目的，使 無(wú)刷電機(jī)的輸出氣流的流速變化降低，供氣平穩(wěn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制電路及一種儀器， 用于降低電流換相時(shí)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使得無(wú)刷直流電機(jī)的輸出氣流平穩(wěn)。

一方面，本發(fā)明提供一種無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制電路，包括主控 CPU、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、第一運(yùn)放信號(hào)調(diào)理電路、第二運(yùn)放信號(hào)調(diào)理電路和控制模 塊：

所述主控CPU的第一輸出端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，所述主控CPU 用于向所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸入調(diào)速電壓數(shù)字控制信號(hào)和鋸齒波生成數(shù)字控制號(hào)；

所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將所述鋸齒波生成數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第一模擬電壓 信號(hào)，以及將所述調(diào)速電壓數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為第二模擬電壓信號(hào)；

所述第一運(yùn)放信號(hào)調(diào)理電路的輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第一模擬電壓輸 出端連接，用于根據(jù)所述第一模擬電壓信號(hào)生成鋸齒波；

所述第二信號(hào)調(diào)理電路包含積分環(huán)節(jié)電路和比較器，所述積分環(huán)節(jié)電路的 輸入端與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的第二模擬電壓輸出端連接，所述積分環(huán)節(jié)電路用于 根據(jù)所述第二模擬電壓信號(hào)生成連續(xù)可變的電壓；

所述比較器的反向輸入端與所述積分環(huán)節(jié)電路的輸出端連接，所述比較器 的正向輸入端與所述第一運(yùn)放信號(hào)調(diào)理電路的輸出端連接，所述比較器用于比 較所述鋸齒波和所述連續(xù)可變的電壓生成占空比可調(diào)的PWM波；

所述比較器的輸出端與所述控制模塊的輸入端連接，所述控制模塊用于根 據(jù)所述占空比可調(diào)的PWM波控制所述直流無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路工作。

進(jìn)一步的，還包括位置傳感器，且所述控制模塊為FPGA；

所述主控CPU的第二輸出端與FPGA的第一輸入端連接，所述主控CPU的第 二輸出端用于輸出邏輯控制信號(hào)；

所述位置傳感器輸出端與FPGA的第二輸入端連接，所述傳感器用于輸出霍 爾信號(hào)；

所述比較器的輸出端與FPGA的第三輸入端連接，用于輸出所述比較器生成 的占空比可調(diào)的PWM波信號(hào)；

FPGA的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，所述FPGA用于根據(jù)所述占空比可 調(diào)的PWM波信號(hào)生成控制信號(hào)，并根據(jù)所述控制信號(hào)控制所述驅(qū)動(dòng)電路工作。