基于STM32的无刷直流电机控制系统设计

发布时间：2017-07-26 20:24

  本文关键词：基于STM32的无刷直流电机控制系统设计

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【摘要】：无刷直流电机具有体积小,出力大,转矩性能优异,调速范围广,过载能力强,运行效率高的优点,同时它还保留了直流电机优良的调速性能,结构简单,运行可靠。电机控制是电动汽车研究的重要技术之一,如何研发设计出动态性能好,稳定性强,可闻噪音低,结构简易且价格低廉的控制系统成为热点和难点。本文采用准正弦波无刷直流电机,包括相反电势平顶宽度小于30°的梯形波无刷直流电机以及正弦波无刷直流电机。首先对无刷直流电机控制系统的基本结构、运行原理进行简要介绍,然后建立三相静止坐标系下电机数学模型,阐述Clark变换、Park变换及其逆变换并给出同步旋转坐标系下电机数学模型。因传统位置传感器控制方案存在抗干扰能力弱,稳定性差、成本高、体积较大的缺陷,本文采用基于新型滑模观测器的无位置传感器转子位置及转速估计策略,将具有连续光滑特性的双曲正切函数的分段形式替代符号函数作为切换函数,对电流滑模观测器的估计反电势值进行二次估计,再构造一个反电势观测器,进一步滤除高频抖振信号。最后,根据计算获取转子位置及转速信息。为验证该方案的可靠性,对基于新型滑模观测器的估计反电势进行仿真分析,并与传统方案进行比较,结果显示新方案的估计结果具有明显优势,其估计反电势与电机实际反电势相位基本保持一致且抖动得到有效抑制。在电机实际制造过程中,为抑制齿槽转矩脉动常使用一些特殊的加工工艺,导致电机反电势波形非理想化。对于准正弦波无刷直流电机,本文采用基于空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)的矢量控制方案,令直轴电流分量id=0,设计了无刷直流电机矢量控制系统并搭建MATLAB/SIMULINK仿真模型,仿真结果发现,基于该控制方案下的无刷直流电机控制系统拥有良好的动、静态性能,在不同负载下完成矢量控制时可实现低转矩脉动,具有响应迅速、运动平滑的特点,系统稳定可靠。最后,基于STM32完成无刷直流电机控制系统硬软件设计,搭建实验平台并在实验室完成实验测试及分析,实验结果表明所设计的无位置传感器矢量控制系统控制性能优异,具有一定的实际应用价值。
【关键词】：无刷直流电机 无位置传感器控制 滑模观测器 矢量控制 STM32
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 无位置传感器控制研究现状11-14
• 1.2.2 转矩脉动抑制研究现状14-17
• 1.3 本文研究的主要内容17-19
• 第二章 无刷直流电机控制系统19-25
• 2.1 无刷直流电机系统结构19-20
• 2.2 无刷直流电机运行原理20-21
• 2.3 无刷直流电机数学模型21-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 基于滑模观测器的转子位置及转速检测25-40
• 3.1 滑模控制理论概述25-27
• 3.2 传统滑模观测器设计与应用分析27-31
• 3.3 抖振产生机理及削弱措施31-33
• 3.4 新型滑模观测器设计与应用分析33-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于SVPWM的无刷直流电机矢量控制研究40-58
• 4.1 矢量控制理论40-43
• 4.1.1 技术背景介绍41
• 4.1.2 矢量控制常用策略41-43
• 4.2 空间电压矢量脉宽调制技术43-48
• 4.3 基于SVPWM的矢量控制系统设计48-49
• 4.4 控制系统仿真研究49-57
• 4.4.1 基于MATLAB/SIMULINK的矢量控制系统仿真模型49-55
• 4.4.2 仿真结果分析及研究55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 无刷直流电机控制系统设计58-77
• 5.1 控制系统硬件结构58-64
• 5.1.1 主控制电路设计58-59
• 5.1.2 电源电路设计59-61
• 5.1.3 功率驱动模块电路设计61-62
• 5.1.4 电流采样电路62-63
• 5.1.5 LCD显示电路63
• 5.1.6 电机运转控制电路63-64
• 5.2 控制系统软件设计64-70
• 5.2.1 软件总体设计64-65
• 5.2.2 主程序设计65-68
• 5.2.3 中断子程序设计68-70
• 5.3 实验测试与分析70-76
• 5.3.1 实验平台搭建与测试71-73
• 5.3.2 实验波形分析73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-86
• 攻读硕士学位期间主要成果86

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本文编号：578197