直流无刷电机无极调速系统的研究

发布时间：2017-03-22 08:04

  本文关键词：直流无刷电机无极调速系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年随着空气污染越来越严重和石油等不可再生资源的缺乏,而像汽车这样的交通工具又不可或缺,纯电动的新能源汽车就是在这样环境下产生的。纯电动汽车(Electric Vehicle, EV)不会产生尾气且运行时基本没声音,既安全又高效,因此受到全世界各国政府的大力追捧,且在近些年发展迅速。电机控制是电动车研究的重要技术之一,直流无刷电机的结构简单、运行安全、故障率低、效率高、调速平滑、脉动小。广泛应用于电动车上。要想在电机静止时获得转子位置,同时保证在启动时电机不发生反转,电感法就是其中的一种。再结合反电势积分法,提出了一种新的控制方法可使直流无刷电机在启动阶段不发生反转,没有抖动,而且能够快速的响应。若要提高控制的精度,就要实现闭环控制,本文是将转矩和转速作为控制量的。首先要估算转子位置,而这个是通过滑模观测器来实现的。其次,由于很多因素都会影响转子位置的估算,故本文设计了基于PLL锁相环的控制系统。最后,在Simulink中,验证本文提出方法的可行性与正确性。本文在启动阶段后尝试用磁场定向控制理论驱动无刷电机,分析说明了车用无刷直流电机应用磁场定向控制理论的意义,通过结合电感法与反电势法构造了无刷直流电机全速范围的无传感器控制系统。对车用无刷电机性能要求的分析,确定了本文设计的控制系统所要达到的控制目的。利用Altera公司的FPGA开发板及套件搭建了实验所需的硬件平台,根据所述控制系统进行了软件程序编写。实验验证了通过空间电压矢量法对电机进行控制实现无极调速的可行性以及转子位置估计系统的正确性。给出的实验数据表明,本文设计的全速范围下无刷直流电机无传感器控制系统可以达到电动车对于无刷电机的性能要求。
【关键词】：FPGA 矢量控制 直流无刷电机 无极调速
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-20
• 1.1 选题背景和意义14-15
• 1.2 国内外电动汽车发展现状15-16
• 1.2.1 国外电动汽车发展现状15-16
• 1.2.2 国内电动汽车发展现状16
• 1.3 电动汽车用无刷直流驱动系统研究现状16-17
• 1.4 论文主要内容和章节安排17-18
• 1.4.1 论文主要内容17
• 1.4.2 论文章节安排17-18
• 1.5 本章小结18-20
• 2 电动汽车电机驱动系统技术要求分析20-28
• 2.1 电动汽车驱动系统的特点及关键技术20-21
• 2.1.1 电动汽车驱动系统特点20
• 2.1.2 电动汽车驱动系统重要技术20-21
• 2.2 电动汽车性能分析21-24
• 2.2.1 EV路面行驶的受力分析21-23
• 2.2.2 EV动力性能分析23-24
• 2.3 电动汽车驱动电机选型24-25
• 2.3.1 电机功率选择24
• 2.3.2 驱动电机转速选择24-25
• 2.3.3 驱动电机选择25
• 2.4 本章小结25-28
• 3 直流无刷电机的运行原理和数学模型28-34
• 3.1 直流无刷电机的运行原理和数学模型28-29
• 3.1.1 直流无刷电动机的基本结构28
• 3.1.2 直流无刷电机的运行原理28-29
• 3.3 直流无刷电机的数学模型29-32
• 3.3.1 直流无刷电机的基本公式30-31
• 3.3.2 直流无刷电机的数学模型31-32
• 3.4 直流无刷电机的转矩脉动的解决方法32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4 直流无刷电机控制系统与控制技术34-44
• 4.1 控制系统的的设计方案34
• 4.2 控制结构34-35
• 4.3 控制策略35-41
• 4.3.1 PID控制原理35-37
• 4.3.2 空间矢量定义与坐标变换37-39
• 4.3.3 空间电压矢量调制技术39-41
• 4.4 控制策略41-42
• 4.5 本章小结42-44
• 5 直流无刷电机控制系统的Matlab仿真与试验44-50
• 5.1 仿真平台介绍44
• 5.2 直流无刷电机控制系统的Matlab仿真与试验44-47
• 5.2.1 直流无刷电机本体模块44-45
• 5.2.2 转矩计算模块45-46
• 5.2.3 转速计算模块46
• 5.2.4 电流滞环控制模块46-47
• 5.2.5 电压逆变器模块47
• 5.3 仿真结果分析47-49
• 5.4 本章小结49-50
• 6 直流无刷电机驱动系统硬件和软件设计50-62
• 6.1 系统总体结构50-51
• 6.2 电机控制系统核心控制芯片51-53
• 6.2.1 FPGA24017芯片简介51-52
• 6.2.2 功率驱动芯片的选取52-53
• 6.3 电机驱动主电路设计53-59
• 6.3.1 电源电路设计53-54
• 6.3.2 主电路和缓冲电路54-55
• 6.3.3 相电流检测电路55-56
• 6.3.4 转子位置检测电路56-57
• 6.3.5 欠压检测电路57-58
• 6.3.6 过流保护电路58-59
• 6.4 驱动系统软件设计59-60
• 6.4.1 系统主程序59-60
• 6.4.2 电流环控制算法子程序60
• 6.5 本章小结60-62
• 7 总结与展望62-64
• 7.1 总结62
• 7.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 作者简介及读研期间发表论文情况70

【参考文献】

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本文编号：261134