永磁无刷直流电机调速控制系统的设计

发布时间：2020-05-28 20:08

【摘要】：培育和发展电动汽车,是有效缓解资源紧张和环境污染现状的措施之一。永磁无刷直流电机作为一种具有优良转矩、转速特性的新型电动机,能够更好地满足电动汽车对电机驱动系统所要求的高性能控制指标。本文在控制系统软、硬件开发的基础上,对永磁无刷电机的控制方法展开研究。本文首先分析了永磁无刷电机作为纯电驱动汽车驱动电机的特点及优势,并对当今电动汽车领域电机的选型现状作出了差异性分析。对永磁无刷电机现有的控制方法及策略进行归纳和总结,并针对转矩脉动的有效抑制和无传感器的精确控制两个关键技术,分析了永磁无刷直流电机的高性能控制技术,为控制策略的深入研究奠定了理论基础。其次,基于坐标变换,实现了永磁无刷直流电机在两种坐标系下的数学建模。在分析数学模型的基础上,提出了一种基于霍尔信号反馈控制的改进的永磁无刷直流电机直接转矩控制方法和霍尔信号补偿策略,采用反电动势过零点信号对霍尔信号进行矫正进而保证较为精确的转子位置信息,并分析了直接转矩控制中常见的电流控制方法。基于MATLAB 2016 a仿真平台,搭建了永磁无刷电机仿真模型,并完成了在恒定负载加减速模式和定速巡航模式下的高效仿真,验证了改进的策略的合理性,进而为永磁无刷驱动电机控制策略的实验研究提供了理论支撑。然后,采用MOSFET作为功率开关器件,设计了永磁无刷电机控制系统的三相全桥逆变电路;以IR2136为驱动芯片设计了三相逆变器专用驱动电路;以74LS14为反相器件设计了霍尔传感器信号反相电路;还设计了其他控制电路,如无位置传感器的检测电路、过压过流保护电路和电源供电电路。所设计的主控电路满足永磁无刷电机控制系统的需求,并在CCS开发环境下,采用C语言编写了永磁无刷电机驱动程序。最后,研发了一套永磁无刷电机调速控制系统,在此基础上完成了该控制系统的硬件及软件测试。结果表明,所配置的驱动程序可以实现对永磁电机的高性能控制,整个控制系统能够完成对电机转速的准确控制。电机控制系统的硬件及软件系统的开发为永磁无刷电机控制策略的深入研究提供了条件。
【图文】：

控制系统图,永磁无刷电机,控制系统

因此，相对于直流电机，永磁无刷电机结构简单，电机制造及维护成本加了电机控制器成本，并且电机控制器的性能将直接决定电机系统的实际无刷电机由于取消了由换向器和电刷组成的机械换相机构,因此没有换向长。此外，其转速不受机械换向限制，速度范围宽，任何速度下都可以全。2 永磁无刷直流电机的工作原理永磁无刷电机的旋转需要根据转子位置传感器的输出信号确定转子位置，，的转子位置信息获得换向信号，根据换向信号通过驱动电路为功率管提供，实现定子三相绕组依次馈电，进而完成电机在一个周期内的旋转。图 2-3 为永磁无刷电机控制系统，主要由无刷电机、霍尔传感器和逆变器下桥臂功率管的开关状态由获得的转子位置决定，通过控制 Q1-Q6 六个通顺序来确定三相绕组的通电顺序，进而实现电机换向并旋转。

原理图,直接转矩,原理,滞环控制器

图 2-5 传统直接转矩原理Figure 2-5 Traditional direct torque principle与矢量控制相比，直接转矩控制的特点在于它是通过两个滞环控制器分别完成对其转矩和磁链的闭环控制。如图 2-6 所示，转矩滞环控制器将检测到的转矩实际值与设定值进行比较，滞环输出 τ =1时增大转矩， τ =0时减小转矩；若磁链的设定值>检测到的实际值，那么磁链控制器输出 φ =1，若磁链设定值<检测到的实际值，那么磁链控制器输出 φ =-1，若磁链给定值与实际值的误差符合滞环控制器设定的的误差范围，则磁链控制器输出 φ =0。
【学位授予单位】：广西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM33;TP273

【相似文献】