無位置傳感器無刷直流電機關(guān)鍵控制技術(shù)研究.pdf

1、無位置傳感器無刷直流電機控制技術(shù)可以解決安裝位置傳感器給系統(tǒng)帶來工藝復(fù)雜、受工作運行環(huán)境限制等諸多問題，同時可以提高系統(tǒng)可靠性和抗干擾性能。論文針對無位置傳感器無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置信號檢測、無位置傳感啟動策略、電機換相與非換相時轉(zhuǎn)矩脈動等問題展開研究。具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1.綜述了無刷直流電機關(guān)鍵控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與水平，建立了無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型，并以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了

2、位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)的仿真模型，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，驗證了模型的正確性。搭建了位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)實驗平臺，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析，驗證了設(shè)計方案的正確性，為無位置傳感器無刷直流電機關(guān)鍵控制技術(shù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)和實驗研究對比依據(jù)。
　　2.針對無位置傳感器無刷直流電機反電勢過零檢測在極端速段存在的問題（即無位置傳感器無刷直流電機在高速段時反電勢信號過大，容易造成檢測電路無法正常工作甚至損壞，而在較低速段時，反

3、電勢信號又難以有效檢測），提出了一種反電勢過零檢測新方法及對應(yīng)的檢測電路。首先，根據(jù)速度反饋控制信號占空比切換低速區(qū)與高速區(qū)反電勢采樣方式。在PWM_OFF期間進(jìn)行低速段采樣，可以有效改善在低速區(qū)反電勢過零檢測效果。在PWM_ON期間進(jìn)行高速段采樣，轉(zhuǎn)換相應(yīng)的硬件電路（三相電路上分別并聯(lián)一組三極管控制的電阻分壓開關(guān)電路），同時參考電機轉(zhuǎn)速線性調(diào)節(jié)控制信號占空比，以此控制三極管通斷從而調(diào)節(jié)電阻分壓開關(guān)電路阻值，可以避免高速時反電勢幅值高于

4、檢測電路供電電壓的危險。實驗結(jié)果表明:采用新的反電勢過零檢測新方法可以保證電機工作于更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
　　3.針對無位置傳感器無刷直流電機啟動問題，提出了一種無位置傳感器無刷直流電機準(zhǔn)閉環(huán)啟動方法，也即轉(zhuǎn)子初始位置精準(zhǔn)預(yù)定位與加速過程中優(yōu)化定位相結(jié)合的準(zhǔn)閉環(huán)三段式啟動方法。在電機繞組中施加短時間脈沖電壓矢量，通過檢測直流母線電流可以將轉(zhuǎn)子位置鎖定在60°電度角范圍內(nèi)，在此基礎(chǔ)上通過向指定繞組通電與檢測電流并比較電流閾值從而完成轉(zhuǎn)

5、子精準(zhǔn)預(yù)定位。預(yù)定位后進(jìn)入優(yōu)化定位與加速階段，此時電流比較閾值作為換相條件，保證轉(zhuǎn)子在加速過程中準(zhǔn)確換相，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時（反電勢過零信號產(chǎn)生時）系統(tǒng)切換到反電勢運行狀態(tài)。實驗結(jié)果表明:電流閾值比較作為反饋量，保證了啟動過程中電機在定位、加速、切換等各個環(huán)節(jié)中均形成閉環(huán)控制。通過設(shè)置電流比較閾值的大小不僅可以調(diào)節(jié)預(yù)定位精度還能調(diào)節(jié)加速過程中換相的靈敏度，可以保證系統(tǒng)適應(yīng)各種不同場合需求與應(yīng)用。
　　4.針對無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動限

6、制了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用，提出了一種在非換相期間采用基于電壓空間矢量的控制方法實現(xiàn)無刷直流電機的直接轉(zhuǎn)矩控制，在換相期間，以轉(zhuǎn)矩脈動為控制量，對逆變電源開關(guān)管進(jìn)行獨立PWM調(diào)制的方法抑制轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生。直接轉(zhuǎn)矩控制中存在反電勢獲取困難的問題，目前主要采用滑模變結(jié)構(gòu)反電動勢狀態(tài)重構(gòu)的方法解決此類問題。但是，滑模變結(jié)構(gòu)控制在本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性將會引起系統(tǒng)的抖振，提出了采用分段式滑模變結(jié)構(gòu)狀態(tài)重構(gòu)的方法抑制系統(tǒng)抖振并重構(gòu)反電勢。首先，在Ma

7、tlab/Simulink中完成了無刷直流電機控制系統(tǒng)中分段式滑模變結(jié)構(gòu)狀態(tài)觀測器模塊、磁鏈與轉(zhuǎn)矩計算模塊、磁鏈扇區(qū)選擇模塊、電壓空間矢量選擇等模塊的建模與仿真，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的無刷直流電機控制系統(tǒng)的整體仿真模型，對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析，驗證了所提方法的有效性。最后搭建了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的無刷直流電機實驗平臺。實驗結(jié)果表明:無刷直流電機在換相期間和非換相期間轉(zhuǎn)矩脈動得到了有效抑制，與傳統(tǒng)控制方法相比較，本系統(tǒng)進(jìn)一步提