电动工具用无刷无霍尔直流电机启动分析

发布时间：2020-05-16 05:18

【摘要】：随着人们节能意识的日益增强,加之电力电子技术发展迅速,针对有刷直流电机摩擦换向带来的电磁转矩流失、无刷有位置传感器电机体积无法减缩、传感器故障隐患高等问题,无刷无霍尔直流电机已广泛运用在各行各业及生活工作中,如家电行业、办公行业、工业及高新科技业中。本文针对无刷无霍尔直流电机在电动工具上的运用做了启动及启动完成后的控制分析研究,针对传统三段式启动方法,提出改进后的三段式启动方法,同时,采用模糊自适应PI控制算法对电机启动完成后进行转速闭环控制。本文以无刷直流电机的数学模型分析入手,通过电压平衡方程、电机运动方程等在Matlab/Simulink环境下建立了无刷直流电机本体仿真模型。在对无刷直流电机的工作原理进行详细说明的基础上,对无刷直流电机的启动进行分析,并阐明传统三段式启动工作原理在电动工具中运用的局限,其中包括预定位阶段电机反转、加速阶段繁杂不精确等,并据此提出改进的三段式启动方法,即用电感法对电机转子静态初始位置检测、使用BP神经网络预测加速阶段的电机转子位置。此外,在反电动势闭环运行阶段,通过结合传统PID控制与模糊控制,采用模糊自适应PI控制算法,通过与传统PI控制算法的仿真比较,得出模糊自适应PI控制拥有更好的鲁棒性和控制效果,更适合电机的用于电机的速度控制。最后,针对以上的算法进行控制器的软硬件设计并制作,通过实验验证:基础信号正常,硬件可靠并可用于电机控制;在电机启动阶段,采用电感法能准确获得电机转子静态初始位置,电机启动瞬间不发生反转;在加速阶段获得的网络预测输出与位置传感器信号一致,可用于电机加速阶段的控制;在反电动势闭环运行阶段,采用模糊自适应PI控制算法进行控制,电机加速初期加速较快,终期加速偏缓,达到响应快、超调量小、进入稳态时间少等特点,同时具有良好的瞬态和稳态性能。通过以上实验充分验证了所设计控制系统的可行性和可靠性。
【图文】：

电动工具

第一章绪论第一章绪论1.1 课题的研究背景和意义电动工具是一种将电能转化为机械能，通过旋转运动对部件做功，提高工作人员劳动生产力的工具。电动工具拥有结构轻巧、携带和使用方便等特点，广泛运用于现代生活和生产中，电动工具主要分为金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，常见的电动工具有电钻、电动砂轮机、电动扳手和电动螺丝刀电锤和冲击电钻、混凝土振动器、电刨[1]。如图 1-1 所示为各类电动工具。

波形图,反电动势,波形图

图 1-2 三相反电动势波形图Fig.1-2 Three phase Back-EMF waveform表明，反电动势法的适用范围有限，由于反电动势幅值大小与无正比，在转速较高时，反电动势信号强，容易检测，易于对该信号较低时，反电动势信号弱、幅值低，加上旋转的磁场干扰，致使测、可靠性低；在转速为零时，不存在反电动势，导致转速为零位置信息[13]。在实际的工程运用中，，反电动势法通常用于启动之后做法是电机启动后，确定能检测到可靠的反电动势信号，将电机态，对电机进行闭环控制。如果能综合其他方法弥补反电动势法获取，将可拓宽无位置传感器无刷直流电机的使用范围。流二极管法91 年，Ogasawara 等人最早提出续流二极管法检测转子位置信息通法[14]。续流二极管法的原理为：电机采用三相六状态两两导通方
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM33

【参考文献】