無(wú)刷直流電機(jī)控制器及控制算法研究.pdf

1、無(wú)刷直流電機(jī)具有調(diào)速性能好、體積小、效率高等優(yōu)點(diǎn),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(wú)刷直流電機(jī)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(huì)帶來(lái)許多弊端,另外在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合,傳感器也不適合使用。采用無(wú)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(jìn)一步拓寬了無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。本文主要研究無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制技術(shù),并設(shè)計(jì)研制了一套無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)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(dāng)前無(wú)刷直流電機(jī)研究現(xiàn)狀和將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。然后對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)學(xué)模型等理論進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論述,為電機(jī)的控制提供理論依據(jù)。
　　 接下來(lái),本文對(duì)無(wú)位置傳感器控制技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)闡述和分析,包括位置檢測(cè)技術(shù)、啟動(dòng)技術(shù)和雙閉環(huán)控制策略。首先詳細(xì)分析了采用反電動(dòng)勢(shì)法的位置檢測(cè)原理,重點(diǎn)闡述了端電壓方式檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的原理,同時(shí)給出了反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的硬件實(shí)現(xiàn)電路。針對(duì)無(wú)位置

3、傳感器控制下電機(jī)啟動(dòng)困難的問(wèn)題,介紹了幾種常用的啟動(dòng)方法及各自的優(yōu)缺點(diǎn),并在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分提出了一種改進(jìn)后的預(yù)定位啟動(dòng)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(jī)的數(shù)學(xué)模型,利用MATLAB/Simulink建立雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型,對(duì)雙閉環(huán)調(diào)速策略進(jìn)行了研究,驗(yàn)證了雙閉環(huán)調(diào)速方案的可行性,同時(shí)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(jì)了無(wú)刷直流

4、電機(jī)控制器,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試。在硬件電路設(shè)計(jì)部分,闡述了硬件設(shè)計(jì)整體方案,并詳細(xì)介紹了各主要電路的設(shè)計(jì),同時(shí)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(jī)為主控芯片,利用智能功率模塊FSBB30CH60設(shè)計(jì)的功率逆變電路,可支持直流電壓300V,電流最大1.5A的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用?；诜措妱?dòng)勢(shì)理論設(shè)計(jì)的位置檢測(cè)電路簡(jiǎn)單可靠,配合軟件可以準(zhǔn)確捕獲反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào),提供轉(zhuǎn)子位置信息。在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分,首先介

5、紹了軟件設(shè)計(jì)的總體框架和分模塊設(shè)計(jì)的思路,然后分小節(jié)詳細(xì)介紹了各個(gè)模塊的軟件實(shí)現(xiàn),包括軟件控制電機(jī)啟動(dòng)、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)捕獲、H_PWM-L_ON調(diào)制方式、電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算、電流電壓信號(hào)采樣以及雙閉環(huán)PID控制實(shí)現(xiàn)。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)系統(tǒng)可以準(zhǔn)確檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào),進(jìn)而保證電機(jī)的正確換相和穩(wěn)定運(yùn)行。控制系統(tǒng)可以控制無(wú)刷直流電機(jī)順利啟動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速,同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),包括轉(zhuǎn)速、電流、電