无刷直流启动系统设计与实现

发布时间：2017-10-10 23:32

  本文关键词：无刷直流启动系统设计与实现

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【摘要】：无刷直流电机既具备交流电机的结构简单、功率密度大、运行可靠、维护方便和效率高等优点,又具备直流电机调速性能好、启动转矩大等优点,在小型飞行器能量转换装置中首选为起动/发电机。传统的无刷直流电机使用传感器来检测转子的位置,而在一些特殊的环境中影响到其可靠性,如液体、高温、腐蚀等环境。本论文研究无刷直流电机起动器无位置传感器控制技术,使无刷直流电机应用领域得到进一步拓展。论文介绍了无刷直流电机的驱动原理,结合主电路分析其开关控制逻辑,给出其数学模型,建立起基于S函数的无刷直流电机控制系统仿真模型,在Matlab/Simulink环境下进行仿真。论文研究了针对小型飞行器启动的无位置传感器无刷直流电机“三段式”启动算法。初始启动时按照设定程序的触发顺序转动电机,定位当前转子的位置；后进行第二阶段的加速启动,逐步提高外部频率,达到最低反电势占空比值时,切换到反电势运行。硬件控制器由dsPIC30F4012作为主控芯片,设计了结构简单、易于实现的硬件电路。芯片采样端电压并在软件里实施反电势滤波算法,减少了对硬件的依赖,利用软件算法实现数字滤波、定时换向和调速。论文详细分析了反电势过零点控制算法,设计了基于择多函数的数字滤波器,通过软件消除虚假过零点,计算30。电角度延时和软件滤波带来的延时,避免超前或滞后换向。最后搭建了无位置传感器无刷直流启动实验平台,进行软硬件联调,在MPLAB IDE集成开发环境下完成了软件的调试。经实验证明了软件算法的正确性和控制系统运行的可行性,实现了无刷直流电机无传感器启动。
【关键词】：起动/发电系统 无位置控制 择多函数滤波器 反电势法
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 课题背景8
• 1.2 起动/发电系统设计概述8-11
• 1.2.1 电机方案选择8-9
• 1.2.2 低压无刷直流发电系统的组成9-11
• 1.3 微喷发动机启动技术概述11-13
• 1.3.1 发动机工作原理12
• 1.3.2 发动机启动方式12
• 1.3.3 发动机启动过程12-13
• 1.4 论文研究工作内容与章节概要13-14
• 第二章 无刷直流电机驱动原理与仿真14-26
• 2.1 前言14-15
• 2.2 无刷直流电机驱动方法15-18
• 2.2.1 方波电流驱动15-16
• 2.2.2 正弦波电流驱动16-17
• 2.2.3 方波电流驱动与正弦波电流驱动比较17-18
• 2.3 无刷直流电机的工作原理18-19
• 2.4 无刷直流电机的数学模型19-21
• 2.4.1 电压、电流平衡方程19-20
• 2.4.2 反电动势分析20-21
• 2.4.3 转矩方程和运动特性分析21
• 2.5 基于S函数的无刷直流电机建模与仿真21-25
• 2.5.1 控制系统Simulink模块搭建21-24
• 2.5.2 仿真结果24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 无刷直流启动系统硬件设计26-36
• 3.1 控制器硬件总体设计方案26
• 3.2 主控芯片及其模块设计26-30
• 3.2.1 芯片资源与外围接口设计26-27
• 3.2.2 dsPIC30F4012产生PWM信号27-29
• 3.2.3 模拟量采样单元29-30
• 3.3 主功率及驱动电路30-32
• 3.3.1 主功率电路30-31
• 3.3.2 驱动逆变电路31-32
• 3.4 检测与保护电路设计32-35
• 3.4.1 反电势检测电路32-34
• 3.4.2 母线电流检测与过流保护34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 无刷直流启动系统软件设计36-50
• 4.1 引言36
• 4.2 控制算法研究36-44
• 4.2.1 无刷直流电机启动算法研究36-37
• 4.2.2 反电势算法研究37-38
• 4.2.3 数字滤波器算法研究38-42
• 4.2.4 闭环控制算法研究42-44
• 4.3 控制软件设计44-49
• 4.3.1 开发环境简介44-46
• 4.3.2 主程序与初始化程序46
• 4.3.3 启动加速程序46-47
• 4.3.4 反电势过零点控制程序设计47-48
• 4.3.5 换向延时控制程序设计48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 实验结果及分析50-55
• 5.1 实验控制系统组成50-51
• 5.2 无刷直流电机无位置启动实验51-52
• 5.3 无刷直流电机无位置换向实验52-53
• 5.4 系统稳定运行分析53
• 5.5 本章小结53-55
• 第六章 总结与展望55-56
• 参考文献56-60
• 致谢60

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1 邱建琪,史涔n，

本文编号：1009257