一种含pid控制的无刷直流电机驱动系统与驱动方法与流程

本发明涉及无刷直流电机，尤其涉及一种含pid控制的无刷直流电机驱动系统与驱动方法。

背景技术：

1、无刷直流电机(bldc)因其高效率、高输出功率、低噪音、长寿命及可靠性高等优点，在航空模型、电动工具、家用电器及汽车电子等领域得到了广泛应用。bldc电机的控制通常依赖于电子设备来调整电机的电流和相位。然而，现有的无刷电机驱动器通常在设计时针对特定的应用场景和负载条件进行优化，这限制了其在变化的操作条件下的性能表现。

2、此外，传统速度环只能保持电机恒转速运行，当遇到较大的阻力时，电机运行电流会迅速上升，电流过大时电路板会有烧毁的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种实现转速和电流双控制的无刷直流电机，以适配各种应用场景。

2、为了实现上述目的，本发明提出一种含pid控制的无刷直流电机驱动系统，包括pid速度环、pid电流环和三相无刷直流电机；

3、pid速度环包括mcu、驱动芯片和速度传感器；pid电流环包括mcu、驱动芯片和电流传感器；

4、mcu通过spi接口发送控制信息到驱动芯片，同时产生占空比可调的pwm信号至驱动芯片，驱动芯片通过三相桥驱动三相无刷直流电机运行；

5、速度传感器实时检测三相无刷直流电机的转速，且信号反馈于mcu；电流传感器检测三相桥的电流信息，且信号反馈于mcu。

6、进一步的，速度传感器为测量三相无刷直流电机运行时反电动势的ad转换器。

7、进一步的，还包括一个控制按钮，控制按钮与mcu通信连接。

8、进一步的，控制芯片产生3路互补的pwm信号至三相桥，控制电机本体的转速。

9、进一步的，mcu和控制芯片之间通过spi接口、pwm接口和io接口实现信号传输。

10、本发明还提出一种bldc的pid驱动方法，包括以下步骤：

11、步骤1：初始化软件信息；

12、步骤2：获取外部设置设定的速度参考值是否大于阈值；

13、步骤3：若大于阈值，写入参数至驱动芯片；

14、步骤4：驱动芯片基于参数设定驱动电机运行；

15、步骤5：运行速度环和电流环；

16、步骤6：实施检测外部设置设定的速度参考值v1是否大于阈值；

17、步骤7：若小于阈值，电机执行命令，停止运行；若大于阈值，根据设定参数，电机持续运行。

18、进一步的，在步骤5中，速度环基于ad转换器检测电机运行的反电动势，进而对换向的频率进行测量，从而获取电机的转速。

19、进一步的，速度环基于ad转换器检测到的转速信息反馈至mcu，通过驱动芯片调节转速至与设定转速一致。

20、进一步的，电流环基于电流传感器检测到的电流信息反馈至mcu，通过驱动芯片限制电机的最大电流；通过降低转速以限制最大电流。

21、与现有技术相比，本发明的优势之处在于：

22、1、本发明的电机在较大负载的情况下，由于电流环的存在，限制了最大输出电流，电机不会发生过热、堵转等情况。

23、2、本发明基于高性能的单片机处理器的应用，将速度环和电流环结合，在启动的过程中，并非传统恒频率或线性的开环启动。而是会以小脉冲探测启动负载，结合限流策略，保证电机以最大效率启动。

24、3、本发明的bldc的pid驱动方法可以通过闭环的回路结构能够适应电机的长期磨损，减少维护成本。

技术特征：

1.一种含pid控制的无刷直流电机驱动系统，其特征在于，包括pid速度环、pid电流环和三相无刷直流电机；

2.根据权利要求1所述的含pid控制的无刷直流电机驱动系统，其特征在于，所述速度传感器为测量所述三相无刷直流电机运行时反电动势的ad转换器。

3.根据权利要求1所述的含pid控制的无刷直流电机驱动系统，其特征在于，还包括一个控制按钮，所述控制按钮与所述mcu通信连接。

4.根据权利要求1所述的含pid控制的无刷直流电机驱动系统，其特征在于，所述控制芯片产生3路互补的pwm信号至所述三相桥，控制所述电机本体的转速。

5.根据权利要求1所述的含pid控制的无刷直流电机驱动系统，其特征在于，所述mcu和所述控制芯片之间通过spi接口、pwm接口和io接口实现信号传输。

6.一种bldc的pid驱动方法，使用如权利要求1或5中任意一项所述的含pid控制的无刷直流电机驱动系统，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的bldc的pid驱动方法，其特征在于，在步骤5中，所述速度环基于ad转换器检测所述电机运行的反电动势，进而对换向的频率进行测量，从而获取电机的转速。

8.根据权利要求6所述的bldc的pid驱动方法，其特征在于，所述速度环基于ad转换器检测到的转速信息反馈至mcu，通过所述驱动芯片调节转速至与设定转速一致。

9.根据权利要求6所述的bldc的pid驱动方法，其特征在于，所述电流环基于电流传感器检测到的电流信息反馈至mcu，通过所述驱动芯片限制电机的最大电流；通过降低转速以限制最大电流。

技术总结本发明提出一种含pid控制的无刷直流电机驱动系统与驱动方法，电机包括PID速度环、PID电流环和三相无刷直流电机；PID速度环包括MCU、驱动芯片和AD转换器；PID电流环包括MCU、驱动芯片和电流传感器；MCU通过SPI接口发送控制信息到驱动芯片，同时产生占空比可调的PWM信号至驱动芯片，驱动芯片通过三相桥驱动三相无刷直流电机运行；AD转换器实时检测三相无刷直流电机的反电动势实现转速，且信号反馈于MCU实现转速调节；电流传感器检测三相桥的电流信息，且信号反馈于MCU限制电机最大电流；本发明将速度环和电流环结合，可以实现电机在设定的安全电流内稳定运行，得益于高性能的单片机处理器，使电机响应迅速。技术研发人员：王熙迥,顾坚,孙高凡受保护的技术使用者：欣欣晨盛（上海）科技发展有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25