無刷直流電機控制器及控制算法研究.pdf

1、無刷直流電機具有調(diào)速性能好、體積小、效率高等優(yōu)點,目前已經(jīng)在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的無刷直流電機控制采用位置傳感器提供轉(zhuǎn)子位置信息,但安裝位置傳感器會帶來許多弊端,另外在一些特殊應(yīng)用場合,傳感器也不適合使用。采用無位置傳感器控制技術(shù)不僅克服了帶位置傳感器的諸多弊病,還進一步拓寬了無刷直流電機的應(yīng)用領(lǐng)域。本文主要研究無刷直流電機的無位置傳感器控制技術(shù),并設(shè)計研制了一套無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)。
　　 首先,本文介紹

2、了課題的背景和研究意義,并總結(jié)了當前無刷直流電機研究現(xiàn)狀和將來的發(fā)展趨勢。然后對無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)學模型等理論進行了詳細的分析和論述,為電機的控制提供理論依據(jù)。
　　 接下來,本文對無位置傳感器控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進行了重點闡述和分析,包括位置檢測技術(shù)、啟動技術(shù)和雙閉環(huán)控制策略。首先詳細分析了采用反電動勢法的位置檢測原理,重點闡述了端電壓方式檢測轉(zhuǎn)子位置的原理,同時給出了反電動勢過零點的硬件實現(xiàn)電路。針對無位置

3、傳感器控制下電機啟動困難的問題,介紹了幾種常用的啟動方法及各自的優(yōu)缺點,并在系統(tǒng)軟件設(shè)計部分提出了一種改進后的預(yù)定位啟動方法。為了獲得良好的調(diào)速性能,控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速策略,在介紹雙閉環(huán)調(diào)速原理基礎(chǔ)上,結(jié)合電機的數(shù)學模型,利用MATLAB/Simulink建立雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型,對雙閉環(huán)調(diào)速策略進行了研究,驗證了雙閉環(huán)調(diào)速方案的可行性,同時為軟件調(diào)試PID參數(shù)提供參考。
　　 最后,選擇合適的方案設(shè)計了無刷直流

4、電機控制器,并進行了實驗調(diào)試。在硬件電路設(shè)計部分,闡述了硬件設(shè)計整體方案,并詳細介紹了各主要電路的設(shè)計,同時給出了器件選型依據(jù)和重要元器件的參數(shù)選擇方法。硬件系統(tǒng)以STM32單片機為主控芯片,利用智能功率模塊FSBB30CH60設(shè)計的功率逆變電路,可支持直流電壓300V,電流最大1.5A的無刷直流電機驅(qū)動應(yīng)用?；诜措妱觿堇碚撛O(shè)計的位置檢測電路簡單可靠,配合軟件可以準確捕獲反電動勢過零點信號,提供轉(zhuǎn)子位置信息。在系統(tǒng)軟件設(shè)計部分,首先介

5、紹了軟件設(shè)計的總體框架和分模塊設(shè)計的思路,然后分小節(jié)詳細介紹了各個模塊的軟件實現(xiàn),包括軟件控制電機啟動、轉(zhuǎn)子位置檢測信號捕獲、H_PWM-L_ON調(diào)制方式、電機轉(zhuǎn)速計算、電流電壓信號采樣以及雙閉環(huán)PID控制實現(xiàn)。
　　 實驗結(jié)果表明設(shè)計的轉(zhuǎn)子位置檢測系統(tǒng)可以準確檢測反電動勢過零點信號,進而保證電機的正確換相和穩(wěn)定運行。控制系統(tǒng)可以控制無刷直流電機順利啟動,可以實現(xiàn)電機的無級調(diào)速,同時可以實時監(jiān)控電機的運行狀態(tài),包括轉(zhuǎn)速、電流、電