高速無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)研究.pdf

1、高速直流無(wú)刷電機(jī)由于速度高、體積小、功率密度大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在渦輪增壓器、航空航天測(cè)試平臺(tái)及高速加工領(lǐng)域（如高速磨床、高速銑床）、醫(yī)療設(shè)備等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而國(guó)內(nèi)高速直流無(wú)刷電機(jī)的研究還處于起步階段，高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的市場(chǎng)一直被國(guó)外公司壟斷，本文正是針對(duì)高速磨床的主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行研究。
　　無(wú)位置傳感器的高速無(wú)刷直流電機(jī)省去了位置傳感器的安裝、維護(hù)，適合工作在高溫、高濕或?qū)﹄姍C(jī)尺寸有嚴(yán)格要求的環(huán)境，高

2、速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制已經(jīng)成為高速電機(jī)控制領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在所有無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制中，反電動(dòng)勢(shì)法是目前技術(shù)最成熟，使用最廣泛的方法，本文在詳細(xì)介紹無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理和數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，基于端電壓反電動(dòng)勢(shì)法，設(shè)計(jì)了三相六狀態(tài)120°導(dǎo)通方式的高速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)。應(yīng)用“三段式”起動(dòng)法解決了電機(jī)的起動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)轉(zhuǎn)子預(yù)定位，經(jīng)過(guò)升頻升壓加速，最后切換到反電動(dòng)勢(shì)法自運(yùn)行狀態(tài)。本文首先對(duì)控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了總

3、體設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)包括STM32控制器外圍電路、功率主回路、功率電路的驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)。軟件上采用利用STM32豐富的中斷功能，對(duì)系統(tǒng)主程序和中斷子程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。然后針對(duì)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)下電流保護(hù)、實(shí)時(shí)性、反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，圍繞高速下逆變電路功率器件的保護(hù)問(wèn)題，詳細(xì)分析了MOSFET電路等效模型，對(duì)振蕩電路的機(jī)理進(jìn)行了深入研究，設(shè)計(jì)了逆變電路保護(hù)電路；針對(duì)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)中干擾信號(hào)的抑制，提出了一種新的反電

4、動(dòng)勢(shì)檢測(cè)算法；在IAR Embedded Workbench軟件平臺(tái)下，采用兩級(jí)中斷的控制思想，一級(jí)中斷用于PWM輸出刷新和反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)，二級(jí)中斷用于速度調(diào)節(jié)和AD數(shù)據(jù)采集，通過(guò)對(duì)升頻升壓調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)器和一階數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)起動(dòng)時(shí)的開(kāi)環(huán)控制和自運(yùn)行時(shí)的速度閉環(huán)控制。
　　最后，搭建以STM32為核心的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行高速無(wú)刷直流電機(jī)的空載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文提出的無(wú)位置傳感器控制策略的可行性