開(kāi)題報(bào)告--無(wú)位置傳感器 bldc 換相檢測(cè)方法研究

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告</p><p>　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目無(wú)位置傳感器 BLDC 換相檢測(cè)方法研究</p><p>　學(xué)生姓名xxx學(xué)號(hào)</p><p>　專業(yè)（方向）電氣過(guò)程及其自動(dòng)化班級(jí)</p><p>　指導(dǎo)教師姓名職稱</p><p>　一、課題背景</p><p

2、>?。?）無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的背景</p><p>　BLDC-Brushless DC Motor，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。它是近年來(lái)隨著電力電子的發(fā)展</p><p>　和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展成熟的一種新型電機(jī)。它以高性能永磁材料作轉(zhuǎn)子</p><p>　材料，以電子控制線路代替機(jī)械電刷和換向器實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的換相，集有刷直流電機(jī)</p><

3、p>　和交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)于一體，是當(dāng)今最高效率的調(diào)速電機(jī)。</p><p>　無(wú)刷直流電機(jī)利用電子開(kāi)關(guān)電路代替有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器 ，取消了電刷，</p><p>　提高了可靠性。無(wú)刷直流電機(jī)電樞繞組放在定子側(cè)，永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子側(cè)，結(jié)合轉(zhuǎn)子</p><p>　位置傳感器、控制電路及功率逆變橋，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。</p><

4、;p>　無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)又分為有位置傳感器和無(wú)位置傳感器。有位置傳感器檢測(cè)有：霍</p><p>　爾式（霍爾元件）、光電式（光耦合器件）、電磁式（高頻線圈）；無(wú)位置傳感器檢測(cè)</p><p>?。刂扑惴ǎ┯校悍措妱?dòng)勢(shì)檢測(cè)、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測(cè)、定子三次諧波檢測(cè)、瞬</p><p>　時(shí)電壓方程法。</p><p>?。?）無(wú)位置傳感

5、器 BLDC 換相檢測(cè)方法研究的目的</p><p>　機(jī)械式傳感器不僅增加電機(jī)的體積和成本，而且會(huì)因惡劣的應(yīng)用環(huán)境，如高溫、</p><p>　低溫、高濕或污濁空氣而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置誤差，使得整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和精確性難</p><p>　以得到保證。傳感器的使用還大大增加了電氣連接線數(shù)目，給抗干擾設(shè)計(jì)帶來(lái)一定困</p><p>　難。位置傳

6、感器的使用在一定程度上影響了無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用和推廣。因此，取代</p><p>　機(jī)械式位置傳感器而采用其他方法檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，研究無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳</p><p>　感器換相檢測(cè)方案對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)的發(fā)展是很有益的。</p><p>　（3）無(wú)位置傳感器 BLDC 換相檢測(cè)方法研究的意義</p><p>　有位置傳感器相較于無(wú)位置

7、傳感器控制無(wú)刷直流電機(jī)，其自身缺點(diǎn)有：</p><p>?、侔惭b位置傳感器會(huì)增大了電機(jī)的體積。安裝位置傳感器后電機(jī)的體積變大，結(jié)構(gòu)變</p><p>　的復(fù)雜，使無(wú)刷直流電機(jī)難以實(shí)現(xiàn)小型化。</p><p>　②安裝位置傳感器增加了電機(jī)成本。如在永磁無(wú)刷直流電機(jī)中常用的霍爾傳感器的成</p><p>　本在無(wú)刷直流電機(jī)總的成本中所占比例比較大

8、。如果采用旋轉(zhuǎn)變壓器或光電碼盤等做</p><p>　傳感器，其成本會(huì)更高。</p><p>?、劭煽啃越档汀７讲o(wú)刷直流電機(jī)如果使用霍爾傳感器，會(huì)導(dǎo)致連接線增加數(shù)根，使</p><p>　用電磁式或光電式傳感器會(huì)增加更多。使用過(guò)多的連接線會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性能降</p><p>　低，而且使用維護(hù)變得困難。</p><p&

9、gt;?、芪恢脗鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)易受到干擾。位置傳感器在某些特殊的工作環(huán)境下會(huì)降低其</p><p>　可靠性。</p><p>?、菸恢脗鞲衅鞯陌惭b增加了生產(chǎn)工藝的難度。</p><p>　　由有位置傳感器BLDC與無(wú)位置傳感器BLDC之間的比較，以及我國(guó)對(duì)于無(wú)刷直流電 機(jī)的研究起步較晚，而且我國(guó)元器件水平及相關(guān)理論與實(shí)踐相結(jié)合的程度還比較低， 尤其是制造工藝和加工

10、設(shè)備離國(guó)際水準(zhǔn)差距較大等現(xiàn)狀說(shuō)明，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置 傳感器控制的研究具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。</p><p>　?。?）應(yīng)解決的主要問(wèn)題 在無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，我們通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)來(lái)控制電機(jī)換</p><p>　　相，而現(xiàn)有的各種位置傳感器檢測(cè)及無(wú)位置傳感器的位置檢測(cè)方法都不可避免地存在 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的問(wèn)題，誤差會(huì)使電機(jī)偏離正常換相點(diǎn)，發(fā)生換相超前或滯后，致

11、</p><p>　　使電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)、震動(dòng)和噪聲加大、效率降低、電機(jī)電流過(guò)沖，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相</p><p>　　失敗，使得電機(jī)失步或使驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)生故障保護(hù)等問(wèn)題出現(xiàn)。因此無(wú)位置傳感器 BLDC 換相檢測(cè)方法研究的主要問(wèn)題是設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)電路來(lái)獲得準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子位 置信號(hào)。</p><p>　?。?）應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求 通過(guò)檢測(cè)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電壓、電流、反電

12、動(dòng)勢(shì)等物理量和在線檢測(cè)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　來(lái)準(zhǔn)確辨識(shí)轉(zhuǎn)子位置從而實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的自同步運(yùn)行，目前已有許多不同的轉(zhuǎn)子 位置檢測(cè)理論和實(shí)現(xiàn)方法。在這些方法中，主要包括反電動(dòng)勢(shì)法、續(xù)流二極管法、電</p><p>　　感法（也稱電流檢測(cè)法）、磁鏈觀測(cè)法、狀態(tài)觀測(cè)器法以及其它一些特殊的方法。其 中反電動(dòng)勢(shì)法是目前技術(shù)最成熟、最有效和應(yīng)用最為廣泛的一種轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法。</p>

13、;<p>　?。?）基本理論依據(jù) 無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制的首要問(wèn)題是能夠在每個(gè)電周期內(nèi)能夠檢測(cè)到</p><p>　　用于電子換相的六個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。在無(wú)刷直流電機(jī)中，繞組的反電勢(shì)通常是</p><p>　　正負(fù)交變的，當(dāng)某相繞組的反電勢(shì)過(guò)零時(shí)，轉(zhuǎn)子直軸恰好與該相繞組軸線重合，所以 只要反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零信號(hào)能夠被準(zhǔn)確地檢測(cè)到，就可以估算出轉(zhuǎn)子磁極的具體位置， 再延遲

14、 30°，這個(gè)時(shí)刻就是無(wú)刷直流電機(jī)換相時(shí)刻。此后再根據(jù)功率管的導(dǎo)通順序 觸發(fā)相應(yīng)的功率管，以實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換相操作，保證電動(dòng)機(jī)按預(yù)定的方向連 續(xù)旋轉(zhuǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，不導(dǎo)通相的反電動(dòng)勢(shì)是很難被直接測(cè)量到的，所以我們只 有通過(guò)采取檢測(cè)其他參數(shù)的方法來(lái)獲取反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，從而得知反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)。</p><p>　　反電動(dòng)勢(shì)法的原理是：對(duì)于常見(jiàn)的兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)工作方式，除了換相 的瞬間之外，在任

15、意時(shí)刻，電機(jī)總有一相繞組處于斷電狀態(tài)，當(dāng)斷電相繞組的反電動(dòng) 勢(shì)過(guò)零點(diǎn)之后，再經(jīng)過(guò) 30°電角度，就是該相的換相點(diǎn)。因此，只要檢測(cè)到各相繞 組反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)，就可確定電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和下次換流時(shí)間。</p><p>　　（7）主要工作內(nèi)容 在對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)基本工作原理的理解和分析的基礎(chǔ)上，深入探討反電勢(shì)過(guò)零</p><p>　　檢測(cè)法，主要研究控制算法，實(shí)現(xiàn)基于反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的

16、無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電 動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。所要做的工作具體如下：</p><p>　　①在了解無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)換相檢測(cè)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，詳細(xì)分析無(wú)刷直流 電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理。</p><p>　?、诔浞掷斫夥措妱?dòng)勢(shì)法的優(yōu)勢(shì)及運(yùn)用原理，深入探討反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的幾種常用實(shí) 現(xiàn)方法，對(duì)各種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行理論分析，比較各種實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，給出各自的適 用條件。</p>&

17、lt;p>　?、弁ㄟ^(guò)分析傳統(tǒng)反電動(dòng)勢(shì)法的原理，提出基于線電壓差值的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電</p><p>　　機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法，利用線電壓差值計(jì)算，來(lái)反映反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)。</p><p>　?、苷页鲈斐蔁o(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制中造成轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差的原因，針對(duì) 這些原因，提出相應(yīng)的校正方法。</p><p>　?、菰诜治鰺o(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的換相過(guò)程、給出

18、換相過(guò)程各狀態(tài)電路結(jié)構(gòu)和電壓平衡方程 的基礎(chǔ)上，對(duì)由于轉(zhuǎn)子位置誤差引起的電動(dòng)機(jī)超前和滯后換相進(jìn)行理論分析、仿真和 計(jì)算。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫建忠，白鳳仙著.特種電機(jī)及其控制[M]. 中國(guó)水利水電出版社, 2005.</p><p>　　[2] 張相軍著.無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的

19、研究[M]. 上海大學(xué)出版社,</p><p><b>　　2003.</b></p><p>　　[3] 劉平.無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)與換相研究[D]. 碩士學(xué)位論文,重慶 大學(xué),2008.</p><p>　　[4] 田小玲.無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]. 碩士學(xué)位論文, 重慶大學(xué),2011.</p&g

20、t;<p>　　[5] 張相軍.無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的研究[D]. 博士學(xué)位論文,上海大 學(xué),2001.</p><p>　　[6] 李自成，程善美，蔡凱等．反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置新方法[J]． 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009（07）．</p><p>　　[7] 王宏偉,梁暉. 無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的 DSP 控制[J]. 電力電子技術(shù). 2005(0

21、6).</p><p>　　[8] 林明耀,李強(qiáng),楊沛騏. 無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤差分析及其</p><p>　　補(bǔ)償[J]. 微特電機(jī). 2003(06).</p><p>　　[9] 李強(qiáng),林明耀,李海文,楊沛淇. 無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)及其起動(dòng)分析</p><p>　　[J]. 微電機(jī)(伺服技術(shù)). 2003(03

22、).</p><p>　　[10] 劉和平,楊慶彧,游陶. 基于數(shù)字信號(hào)處理器的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)起動(dòng)</p><p>　　方法[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用. 2007(03).</p><p>　　[11] 高金行. 特種無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)[J]. 微電機(jī). 1996(04)</p><p>　　[12] Kyeong-Hwa K

23、im, Myung-Joong Youn ． DSP-Based High-Speed Sensorless Control for a Brushless DC Motor Using a DC Link Voltage Control[C]．Electric Power Components and Systems, 2002, Vol.30 (9).</p><p>　　[13] Torres, Danie

24、l.Sensorless Control of a Brushless DC Motor[J].Control Engineering, 2010, Vol.57 (4), pp.n/a.</p><p>　　二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）方案</p><p>　?。?）具體方案和計(jì)劃 拿到論文題目后，先查閱相關(guān)的書籍資料，充分了解無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作</p><p>　

25、　原理和性能。能夠區(qū)分有刷與無(wú)刷、有位置傳感器與無(wú)位置傳感器之間的優(yōu)劣。了解 電機(jī)換相的過(guò)程，深入探索無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)換相的多種檢測(cè)方法，在分析</p><p>　　了它們的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，知道選用反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法的原因以及使用反電動(dòng)勢(shì)過(guò)</p><p>　　零檢測(cè)法的前提條件，詳細(xì)敘述這種方法的檢測(cè)原理，并定性地分析轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)誤 差產(chǎn)生的原因。對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)工作在三相星型六狀