基于霍尔位置传感器的车用辅助电机BLDCM控制系统的研究

发布时间：2017-07-29 16:07

  本文关键词：基于霍尔位置传感器的车用辅助电机BLDCM控制系统的研究

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【摘要】：传统燃油汽车所带来的能源和环境问题日益严重,发展新能源电动汽车是解决当前能源短缺和环境污染问题的一个有效途径。电动汽车除了主驱动系统外,还存在很多辅助系统,其中空调系统是电动汽车第二大耗能系统,而空调系统的核心问题就是压缩机驱动电机的控制。对压缩机驱动电机进行合理的选取和优化控制,能够提高整车的控制性能,满足乘客乘坐舒适度的需求。永磁无刷直流电机(BLDCM)具有结构简单,运行可靠,功率密度高,调速性能好等优势,在变速驱动领域得到广泛应用。BLDCM一般采用方波电流控制,但在方波电流驱动下由于电机绕组电流不能突变,因此在电流换相时存在很大转矩脉动。本文选取永磁无刷直流电机作为压缩机的驱动电机,用低成本的霍尔位置传感器来获取转子位置和转速信息。采用正弦波电流直接驱动控制策略,有效的降低了换相转矩脉动。本文首先详细分析了BLDCM系统结构和工作原理,在此基础上,推导了BLDCM数学模型,分析了BLDCM调速原理,并根据以上分析结果在Matlab /Simulink中搭建了BLDCM仿真模型。然后,本文深入研究了BLDCM在方波电流驱动下转矩脉动产生的原因,非换相电流波动是引起换相转矩脉动的主要原因,并得出了不同转速下换相转矩脉动的变化规律。依据转矩脉动公式,研究了非理想反电动势对方波电流驱动换相转矩脉动的影响,反电动势宽度越小引起的转矩脉动越大。其次,由于实际电机的制造工艺和其他因素,电机反电动势宽度为非理想状态,反电动势宽度越小,越接近于正弦波。本文提出采用正弦波电流直接驱动BLDCM的控制策略,它以定子磁链为控制目标,算法简单较易实现,有效抑制了转矩脉动。获取的霍尔位置信号为离散状态,为得到高分辨率的转子位置和转速信息,以满足BLDCM正弦波驱动控制要求,本文提出了采用改进型的混阶转子位置估算算法。同时为保证电机可靠运行,对霍尔位置信号进行了容错处理。最后,以TMS320F28035为控制核心,对BLDCM控制器进行了硬件电路设计和软件设计,搭建了硬件电路平台,对控制策略进行了实验验证。本文提出的BLDCM正弦波电流驱动方案,采用改进型混阶转子位置估算算法,能够满足空调系统压缩机的快速启动、低噪音等要求,提高了整车控制性能。
【关键词】：电动汽车 BLDCM 转矩脉动 正弦波驱动 霍尔位置估算
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM33
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 课题研究现状14-16
• 1.2.1 电动汽车空调系统研究现状14
• 1.2.2 BLDCM正弦波控制研究现状14-16
• 1.3 本文研究的主要内容和章节安排16-18
• 2 BLDCM原理和数学模型18-26
• 2.1 BLDCM的基本结构18-20
• 2.1.1 电机本体18-19
• 2.1.2 功率驱动电路19-20
• 2.1.3 转子位置传感器20
• 2.2 BLDCM的工作原理20-22
• 2.3 BLDCM的数学模型22-24
• 2.4 BLDCM的调速原理24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 BLDCM不同驱动模式对比26-40
• 3.1 方波电流驱动模式26-30
• 3.1.1 理想反电动势下换相转矩脉动分析26-29
• 3.1.2 非理想反电动势下转矩脉动分析29-30
• 3.2 正弦波电流驱动模式30-33
• 3.2.1 正弦波电流驱动数学模型30-32
• 3.2.2 矢量控制32
• 3.2.3 正弦波控制下转矩脉动分析32-33
• 3.3 不同驱动模式下仿真对比33-37
• 3.3.1 方波驱动控制仿真33-35
• 3.3.2 正弦波驱动控制仿真35-36
• 3.3.3 理想反电动势下仿真波形对比36
• 3.3.4 非理想反电动势下仿真波形对比36-37
• 3.4 电动汽车热泵空调系统37-38
• 3.5 本章小结38-40
• 4 正弦波电流驱动控制方案40-54
• 4.1 BLDCM正弦波驱动方案40-45
• 4.1.1 正弦波控制方式41
• 4.1.2 空间电压矢量逆变原理41-44
• 4.1.3 增量式PI调节44-45
• 4.2 霍尔信号转子位置估算45-49
• 4.2.1 采用零阶算法进行估算45-46
• 4.2.2 采用一阶算法进行估算46-47
• 4.2.3 采用改进型混阶算法进行估算47-49
• 4.3 霍尔位置信号故障容错49-51
• 4.3.1 转子位置传感器故障诊断49-50
• 4.3.2 转子位置传感器容错策略50-51
• 4.4 正弦波电流驱动策略系统仿真51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 5 BLDCM控制器的实现54-72
• 5.1 控制器硬件电路设计54-63
• 5.1.1 DSP及外围电路55-56
• 5.1.2 AD采样电路56-57
• 5.1.3 PWM驱动控制电路57-59
• 5.1.4 霍尔位置信号检测电路59
• 5.1.5 CAN通信电路59-60
• 5.1.6 电源电路60-61
• 5.1.7 相逆变器电路61
• 5.1.8 控制器的PCB设计61-63
• 5.2 控制器软件设计63-67
• 5.2.1 主程序设计63-64
• 5.2.2 中断服务子程序设计64-65
• 5.2.3 霍尔信号估算子程序设计65-67
• 5.2.4 故障服务子程序设计67
• 5.3 实验结果与分析67-70
• 5.3.1 实验平台67-69
• 5.3.2 实验波形69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 6 结论72-74
• 参考文献74-78
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果78-82
• 学位论文数据集82

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3 舒永录;张勇;;BLDCM系统的全局指数吸引集以及反馈同步(英文)[J];华东师范大学学报(自然科学版);2010年01期

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1 Xue Lv;Hongsheng Li;;The BLDCM Control System Based on Fuzzy-PI Controller[A];2013年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2013年

2 ;Fuzzy Gain based Adaptive Fuzzy Logic Controller for BLDCM Drive[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

3 Zhonghai Li;Xiaozhen Fan;Haofei Mao;Jianguo Cui;;Simulation and fault diagnosis for BLDCM[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

4 崔乐远;王银河;胡钧;章云;;Velocity tracking control of BLDCM based on generalized predictive control[A];2011年中国智能自动化学术会议论文集（第一分册）[C];2011年

5 杨升;马邦磊;宁国云;;基于无感方式BLDCM的移角度控制研究[A];湖北省电工技术学会、武汉电工技术学会2013年度学术年会、第五届“智能电网”暨“电机能效提升”发展论坛论文集[C];2013年

6 Gu deying;Xia Rui;;The Speed Control of Brushless DC Motor Based on Fuzzy Genetic Algorithm[A];第25届中国控制与决策会议论文集[C];2013年

7 杨明;于泳;宋海龙;徐殿国;;一种应用反电动势法检测BLDCM位置的检测电路[A];第12届全国电气自动化与电控系统学术年会论文集[C];2004年

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10 ;Sensorless Control for Brushless DC Motors Using Adaptive Sliding Mode Observer[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

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1 刘瑞欣;基于霍尔位置传感器的车用辅助电机BLDCM控制系统的研究[D];北京交通大学;2016年

2 王慧斌;基于电动汽车的BLDCM低扭矩脉动混合矢量驱动控制[D];北京交通大学;2015年

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9 张璇;BLDCM无位置传感器控制系统的研究[D];大连理工大学;2009年

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本文编号：589955