基于ARM-Cortex的无刷直流电机无位置传感器技术研究

发布时间：2021-06-09 15:06

位置传感器给无刷直流电机带来了诸如安装精度要求高、易受干扰、潮湿等特殊环境下应用受限等问题，采用无位置传感器技术有助于进一步拓展永磁无刷直流电机在伺服系统、电动车辆、航空航天等领域的应用。本文采用ARM全数字控制平台研究了无刷直流电机无位置传感器控制技术。研究了基于坐标变换的无位置传感器技术，通过控制坐标系的旋转角度实时补偿RC滤波器的相角偏移。以坐标变换基本原理为基础，分析并推导了角度微分法转速估算方法，该方法有效提高了转速估算的实时性，但其计算量较大。为进一步简化程序，提出了波形微分算法。针对以上两种方法在低速时估算幅值不准确问题，研究了正弦幅值转速估算方法，使得低速时转速估算值更为准确。针对无位置传感器的永磁无刷直流电机开环起动转矩脉动大、起动成功率低的问题，分析了基于三三导通三相逆变器的空间电压矢量调制（SVPWM），并推导了三相星型连接下的定子合成磁势矢量与电流最大相磁势矢量的关系。在此基础上，提出了一种在前级增加定子磁势调节的起动控制策略并对其进行简化。该起动算法不依赖于电机转子结构，并有效控制了起动电流大小和抑制了起动转矩脉动，电机开环起动性能比传统的I/f恒流升频起动显著提高。利用MATLAB/Simulink建立了系统的仿真模型，对控制系统速度闭环策略以及无位置传感器控制策略进行了仿真验证。最后，介绍了系统软硬件的实现方案和调试过程。实验结果验证了上述理论和仿真分析的正确性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM33;TP212

文章目录

摘要

Abstract

注释表

缩略词

第一章绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题研究现状

1.2.1 中高速无位置传感器技术研究现状

1.2.2 无位置传感器起动技术研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章基于坐标变换的无位置传感器技术

2.1 坐标变换法换相控制

2.1.1 电机数学模型

2.1.2 坐标变换基本原理

2.1.3 相位滞后实时补偿

2.2 坐标变换法转速估算

2.2.1 传统的角度微分法

2.2.2 改进算法—波形微分法

2.2.3 改进算法—正弦幅值法

2.3 仿真分析

2.3.1 坐标变换法运行

2.3.2 转速估算

2.4 实验结果

2.4.1 位置信号获取

2.4.2 转速估算

2.5 本章小结

第三章基于 SVPWM 的无位置传感器起动

3.1 SVPWM 无位置传感器起动

3.1.1 SVPWM 起动控制策略

3.1.2 定子磁势闭环控制策略

3.1.3 起动参数影响

3.2 初始位置辨识

3.2.1 转子位置辨识

3.2.2 检测电压矢量

3.3 仿真分析

3.3.1 SVPWM 起动模型搭建

3.3.2 与 I/f 恒流升频起动对比

3.3.3 参数对 SVPWM 起动的影响

3.4 实验结果

3.4.1 初始位置辨识

3.4.2 SVPWM 与 I/f 起动对比

3.4.3 参数对 SVPWM 起动的影响

3.4.4 切换

3.5 本章小结

第四章无刷直流电机控制系统设计

4.1 实验平台的构成

4.2 控制系统硬件设计

4.2.1 ARM 控制器

4.2.2 全桥逆变电路

4.2.3 驱动电路

4.2.4 采样调理电路

4.2.5 DA 显示电路

4.2.6 无刷直流电机

4.3 控制系统软件设计

4.3.1 主程序

4.3.2 SVPWM 起动程序

4.3.3 坐标变换程序

4.3.4 转速估算程序

4.3.5 转速电流闭环程序

4.3.6 软件保护程序

4.4 本章小结

第五章总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 后续工作和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及专利情况

【参考文献】