基于PLC的永磁无刷直流电机调速控制研究_张靖辉

2015年1月

第31卷第2期

长春教育学院学报

Jan.2015Vol.31No.2

JournalofChangchunEducationInstitute

基于PLC的永磁无刷直流电机调速控制研究

张靖辉

摘

要：PLC是一种可靠性高、抗干扰性强的控制设备，将PLC应用到永磁无刷直流电机中能有效解决转矩

波动干扰的问题，对促进永磁无刷直流电机的革新和发展意义重大。本文将对PLC技术、永磁刷机以及基于

PLC的永磁无刷直流电机调速控制技术进行分析、探讨。

关键词：PLC；永磁无刷直流电机：调速控制中图分类号：O44

一、PLC技术（一）PLC概念

文献标识码：A

文章编号：1671-6531(2015)

02-0053-02

其对用户程序的执行通过循环扫描进行。在开始工作时，PLC首先会清除输入和输出区的内容，然后进行自我诊断，自动检测中央处理器和输入、输出装置，如果检测合格，则将开始进行正常工作。扫描过程可以概括为采样输入、程序执行和输出刷新三个步骤。

二、永磁无刷直流电机

永磁无刷电机是一种基于永磁体建立的直流电机，它被广泛地应用于各种日常电子设备中，如录音机等。不仅如此，在机电行业和高端电子行业中也有永磁无刷电机的身影。

（一）永磁无刷电机的基本结构

永磁无刷电机与电刷电机不同，它通过把电枢绕组和永磁磁钢分开，实现了电机的无机械接触，它实质上就是一个“倒装式直流电机”。根据下面的框图

PLC（ProgrammableController可编程程序控制器）

是一种计算机控制系统，该系统将微处理器作为核心，并把自动控制技术、通信技术和综合计算技术融入其中，它由硬件和软件两部分组成。PLC的硬件选配得根据实际需要进行，其软件要根据控制要求进行设计。

（二）PLC的组成部分及各组成部分的作用

1．PLC的组成。PLC是一种广受欢迎的工业控制产品，它主要由以下几个部分组成：微处理器（CPU）、

电源器、存储器、输入和输出部件、编程器、其他外部设备。各个部分的有效组合使得PLC具有可靠、安全等特点。

2．PLC各组成部分的作用。1）中央处理器（CPU）：

控制器、运算器和寄存组是中央处理单元的关键组成部分，CPU的主要功能在于不断采集输入信号，执行用户输入的程序代码，使系统输出不断刷新；2）存储器：PLC的存储器分为系统存储器和用户存储器两种，系统存储器的作用在于存放PLC的系统程序，而用户存储器的功能在于存放用户程序；3）电源器：电源器的作用在于向PLC系统供电，以保证PLC系统的正常运行；4）输入输出接口单元：PLC的输入接口电路用于将按钮、开关等产生的信号传输到CPU，

(图1)的显示，可以对无刷直流电机的工作原理有直

观的了解。

图1无刷直流电机原理框图

PLC的输出接口电路主要是将中央处理器向外传输

的信号变为可以驱动外部执行元件的信号，以此来有效地保护内部电路。基于PLC的永磁无刷直流电机调速控制系统具有控制简单有效、工作方式自由、定时宽、运行可靠、维护性好等优点。

（三）PLC的工作原理

（二）永磁无刷电机的优点

与其他电机相比，永磁无刷电机具有效率高、高效区范围宽、启动时转矩大、电流小、功率密度高、控制性好、结构简单等独特优势，其凭借这些优点受到电机行业的青睐。

（三）永磁无刷电机的转矩波动问题

永磁无刷电机具有效率高、适应性好、控制性能

PLC的控制功能主要通过用户输入程序完成，

张靖辉/郑州轻工业学院电气信息工程学院讲师（河南郑州450002），郑州市电子信息工程学校教师（河南郑州

450007）。

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高以及结构简单等诸多优点，已经取代传统的有刷直流电机而被广泛运用。然而，在平滑运行尤其是低速运行的情况下，无刷直流电机经常会出现转矩波动的问题。

在进行永磁无刷直流电机的应用时，一定要考虑到转矩波动问题，将PLC技术运用到永磁无刷电机之中，可以有效地解决这一问题。有研究表明，给定一台电机，如果其反电势是一定的，要减弱转矩波动的情况，只需通过定子电流的优化，就可以解决这一问题。

三、基于PLC的永磁无刷直流电机调速控制（一）调速控制系统的要求

这次主要是对电机进行8段有级调速控制，其具体要求是，不论是按下电机的正转按钮还是反转按钮，只要电动机正常工作，其运转速度为10Hz；当按下加速按钮时，电机按15Hz运行，每按一下，速度都升一级，直到达到50Hz。

将PLC应用到永磁无刷直流电机中，主要是为了解决电机中存在的转矩波动的问题，因此，维持系统稳定是基于PLC的永磁无刷直流电机调速控制系统

（四）控制系统软件设计

1．系统的程序设计图（图2）

图2系统程序设计图

2．系统设计程序的指令表。根据梯形图与系统的

硬件连接，可以得到如下表所示的PLC指令表（表

1）。

LD8002RSTDOLDXIORYO

RSTDOMRDAND=DOK4OUTLDY12LDMOOUTM5LDORM13MPSMRDORM4OUTM10AND=DOKOAND=DOK5ORM6

OUTYOLD≦DOKOOUTM1OUTM6ORM8ANDXOOUTM11MRDMRD

OUTY10LDX3LD≧DOK1AND=DOK1ANDDOORM3

OUTM12OUTOUTDLDM10M2MPPLDIM12MRDLD=DOK6ANPX6AND=DOK2OUTM7INCDOOUTM3MPP

ORM4

ORM7OUTY7LDM5ORM6

ORYY12ANDX2

的主要要求之一。

ANIX5

（二）系统硬件设计方案

ANY13

由PLC控制的永磁无刷直流电机系统的硬件包ANDYO括操控显示单元和控制主机单元。操控显示单元主要OUTY12

用于控制信号，控制主机单元由PLC（可编程控制器)、伺服系统变频器、执行元件（无刷电机）以及反馈元件（光电编码器）组成。其中PLC（可编程控制器)在控制

主机单元里处于核心地位，它的功能在于采集光电编码器的脉冲信号，根据电机转动的角度变化，对无刷机的运动进行控制。

（三）控制系统分析与设计

基于PLC的永磁无刷直流电机的控制系统由电流环、速度环和位置环三环组成。整个系统由电流环、位置环和速度环三个环节构成，具有位置调节、速度调节、电流调节和脉宽调节四个调节程序。使用PI调节器进行电流调节和速度调节，虽然其在变频器内已经集成，但我们仍然可以对其进行调节。在位置环，一般地，我们采用PDF控制器进行控制。系统各部分进行有序配合，在系统运行时，我们可以准确把握系统电流实际值、速度电压实际值以及位置实际脉冲值，掌握这些数值对我们控制系统运行是十分关键的。

ORBMRDLD=DOK7ORM7

LDPX3LPIM11OUTM4MPPOUTY6ORPX5ANDX7ORDLDDOK7END

表指令表

永磁无刷电机因其具有的诸多优点而被人们广

泛利用，其转矩波动问题也将因PLC技术的引入得到有效解决。从上述的系统研究方案和运行结果中，我们可以看出，基于PLC的永磁无刷直流电机可以在解决转矩波动问题的基础上，实现了自扰控制，从而可以有效地进行调速控制。由此观之，将PLC应用到永磁无刷直流电机中是一项十分具有创造力的举动，势必会推动整个电机行业的发展。参考文献：

[1]周鹏.基于PLC的永磁无刷直流电机调速控制[J].自

动化应用,2013(12).

[2]李春涛.电动汽车用永磁无刷直流电机调速控制器研究[D].2013.

责任编辑：魏明程

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