无刷直流电机全范围调速控制系统的设计与实现

发布时间：2017-06-29 10:17

  本文关键词：无刷直流电机全范围调速控制系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,无位置传感器控制技术凭借其自身的技术优势和突出的性能在各个领域都得到了广泛的应用。但是当前的无位置传感器控制算法存在调速范围不够宽的特点,不能适应电机在低速和高速状态下的稳定运行。因此,设计一个全范围调速控制系统,对于拓宽电机的调速范围具有重要的意义。基于此,本文设计并实现了一个无刷直流电机全范围调速控制系统,该全范围调速控制系统是基于Nuvoton Mini51平台的。本文将全范围调速控制算法分为低速阶段启动算法和中高速阶段位置检测算法,对传统算法主要做出两处改进：采用检测脉冲注入法,保障了启动的闭环运行,解决了传统低速阶段启动算法存在的电转速不够低和启动不稳定的问题；采用基于比较器实现的反电动势过零检测法,提高了反电动势过零信号的采样速率,解决了传统中高速阶段位置检测算法存在的中高速运行不稳定的问题。通过Matlab对改进的控制算法进行建模仿真,分析并验证了全范围调速控制算法的合理性和可行性。最后,对本文设计的全范围调速控制系统进行软硬件设计以及指标测试。测试结果表明：低速启动稳定性好,成功率超过95%；低速平稳运行的最低电速度低于15Hz;中高速运行平稳且最高电转速高于200,000rpm,基本满足设计指标。本文设计的全范围调速控制系统可以适用多种电机全范围调速,并对工业自动化、交通工具和家用电器等领域的应用具有一定的实用价值。
【关键词】：无位置传感器 无刷直流电机 全范围 启动 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】：2016
【分类号】：TM33;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景与意义10
• 1.2 无刷直流电机控制系统的研究现状10-14
• 1.2.1 无刷直流电机的低速阶段启动方法11-12
• 1.2.2 无刷直流电机的中高速阶段位置检测方法12-14
• 1.3 研究内容与设计指标14-15
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 设计指标15
• 1.4 论文结构15-18
• 第二章 无刷直流电机系统的组成环节及工作原理18-30
• 2.1 无刷直流电机的系统框图18-20
• 2.1.1 无刷直流电机本体18-19
• 2.1.2 转子位置检测电路19
• 2.1.3 电子换相电路19-20
• 2.2 无刷直流电机的数学模型20-22
• 2.2.1 电压方程20-21
• 2.2.2 反电动势方程21-22
• 2.2.3 转矩方程22
• 2.2.4 机械运动方程22
• 2.3 无刷直流电机的工作原理22-28
• 2.3.1 无刷直流电机的运行原理22-25
• 2.3.2 无刷直流电机的调速原理25-28
• 2.4 调速控制系统当前存在的问题28-29
• 2.4.1 低速启动阶段的方法28
• 2.4.2 中高速位置检测阶段的方法28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 BLDCM全范围调速控制系统方案设计30-50
• 3.1 BLDCM全范围调速控制系统低速阶段的算法分析30-38
• 3.1.1 转子预定位方法30-31
• 3.1.2 三段式启动方法31-33
• 3.1.3 改进后低速阶段的启动算法33-38
• 3.2 BLDCM全范围调速控制系统中高速阶段的算法分析38-44
• 3.2.1 定子三次谐波检测法38-39
• 3.2.2 传统的反电动势过零检测法39-42
• 3.2.3 改进后中高速阶段的反电动势过零检测法42-44
• 3.3 改进算法的建模与仿真44-48
• 3.3.1 低速阶段启动算法的建模与仿真44-46
• 3.3.2 中高速阶段反电动势过零检测法的建模与仿真46-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 BLDCM全范围调速控制系统的软硬件实现50-68
• 4.1 系统的整体结构50-52
• 4.1.1 系统硬件框架50-51
• 4.1.2 系统工作流程51-52
• 4.2 BLDCM全范围调速控制系统的硬件设计52-58
• 4.2.1 电源模块52
• 4.2.2 逆变模块52-53
• 4.2.3 驱动电路模块53-56
• 4.2.4 全范围调速控制系统低速启动阶段的电路56-57
• 4.2.5 全范围调速控制系统中高速阶段的位置检测电路57-58
• 4.3 BLDCM全范围调速控制系统的PCB实现58-60
• 4.4 BLDCM全范围调速控制系统的软件设计60-66
• 4.4.1 全范围调速控制系统的软件流程图60-61
• 4.4.2 低速启动阶段的算法实现61-63
• 4.4.3 中高速转子位置检测阶段的算法实现63-66
• 4.5 本章小结66-68
• 第五章 系统的调试过程及结果68-78
• 5.1 系统联调68-69
• 5.1.1 硬件调试68-69
• 5.1.2 软件调试69
• 5.2 实验及结果分析69-77
• 5.2.1 搭建测试环境69-71
• 5.2.2 低速启动测试71-73
• 5.2.3 高速稳定运行的最高电转速测试73-75
• 5.2.4 全范围调速控制系统的运行效率测试75-77
• 5.2.5 测试结果对比分析77
• 5.3 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-86
• 研究生期间发表的论文及成果86-88
• 附录88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 武凯迪;袁登科;;无位置传感器无刷直流电机启动方法研究[J];机电一体化;2014年11期

2 周美兰;高肇明;吴晓刚;李志;;五种PWM方式对直流无刷电机系统换相转矩脉动的影响[J];电机与控制学报;2013年07期

3 林明耀;刘文勇;周谷庆;;无位置传感器无刷直流电机短时脉冲定位加速方法[J];电工技术学报;2011年09期

4 秦虹;杨杰;;高频电压脉冲注入法检测BLDCM转子位置研究[J];微电机;2009年08期

5 杨燕;焦振宏;王崇武;袁林兴;;PWM调制方式对无刷直流电动机反电势电流的影响[J];微电机(伺服技术);2006年03期

6 韦鲲,任军军,张仲超;三次谐波检测无刷直流电机转子位置的研究[J];中国电机工程学报;2004年05期

7 张相军,陈伯时;无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响[J];电机与控制学报;2003年02期

8 吴定会,纪志成,沈艳霞,董富红;定子三次谐波法在无刷直流电动机中的应用[J];微特电机;2003年03期

9 陈剑,陆云波,鱼振民;无刷直流电机驱动控制的3次谐波检测法[J];微电机(伺服技术);2002年05期

10 牛海清,谢运祥;无刷直流电动机及其控制技术的发展[J];微电机(伺服技术);2002年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黄鑫;无位置传感器无刷直流电机启动控制研究[D];华南理工大学;2014年

  本文关键词：无刷直流电机全范围调速控制系统的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：497522