无位置传感器无刷直流电机矢量控制系统设计与研究

发布时间：2017-09-06 21:41

  本文关键词：无位置传感器无刷直流电机矢量控制系统设计与研究

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【摘要】：无刷直流电机结构简单,运行效率高,调速性能好,广泛应用于军事、工业、民用等领域。无刷直流电机的反电动势波形一般为梯形波。实际应用中,为削弱齿槽转矩,常采用定子斜槽、分数槽,合理设计磁极形状等方法。这种结构的无刷直流电机反电动势波形接近正弦波,相比于传统的120。方波控制,采用正弦波控制时电机转矩更平稳,噪声更小。无刷直流电机正弦波控制的关键是获取准确的转子位置和转速。在高温、高腐蚀性的场合,位置传感器可靠性低。本文研究无位置传感器无刷直流电机的矢量控制技术,针对电机启动、启动到平滑运行的切换、转子位置和转子转速的估算等问题,进行仿真和实验研究。在分析恒压频比启动方法的基础上,为有效防止转子失步和定子绕组过流,采用速度开环-电流闭环的启动方法。提出一种基于电流幅值递减的切换方法,逐渐减小给定角度与实际角度之差,实现最佳切换。电机运行在中高速区,采用滑模观测器估算转子位置和转速,实现对电机的双闭环控制。在理论分析的基础上,设计了无位置传感器无刷直流电机矢量控制系统的硬件和软件。系统硬件电路主要包括电源电路、驱动电路、逆变电路、电流采样电路和调理电路。系统软件主要包括主程序、电机转子位置和转子速度计算子程序、AD采样中断服务子程序、SCI通信中断子程序及定时器中断子程序等。最后,基于搭建的实验平台,对无位置传感器无刷直流电机矢量控制系统进行实验研究。实验结果表明,电机在空载和负载情况下均能可靠运行,验证了方案的可行性。
【关键词】：无刷直流电机 正弦波控制 空间电压矢量脉宽调制 位置检测 滑模观测器
【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
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 无刷直流电机正弦波驱动研究现状9-11
• 1.2.1 正弦波脉宽调制(SPWM)方法10
• 1.2.2 空间电压矢量调制(SVPWM)方法10-11
• 1.3 无刷直流电机位置检测技术11-14
• 1.3.1 有位置传感器的位置检测方法11-12
• 1.3.2 无位置传感器的位置检测方法12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 第二章 无刷直流电机运行原理及其数学模型15-21
• 2.1 引言15
• 2.2 BLDCM的组成及其驱动方式15-16
• 2.3 无刷直流电机运行原理16-18
• 2.3.1 方波控制16-17
• 2.3.2 正弦波控制17-18
• 2.4 无刷直流电机数学模型18-20
• 2.5 总结20-21
• 第三章 矢量控制原理及无位置控制技术研究21-43
• 3.1 引言21
• 3.2 无刷直流电机矢量控制简介21-25
• 3.2.1 空间电压矢量脉宽调制分析22-24
• 3.2.2 SVWPM算法的实现24-25
• 3.3 有霍尔时转子位置估算策略研究25-28
• 3.3.1 基于低分辨率位置传感器的位置估算策略25-26
• 3.3.2 位置估算法的仿真研究26-28
• 3.4 无位置传感器无刷直流电机启动算法28-33
• 3.4.1 恒压频比启动28-29
• 3.4.2 电流闭环启动29-31
• 3.4.3 状态切换分析31-33
• 3.5 基于滑模观测器的无刷直流电机矢量控制33-40
• 3.5.1 滑模变结构简介33-35
• 3.5.2 改进型滑模算法35-36
• 3.5.3 滑模观测器的设计36-38
• 3.5.4 滑模观测器仿真模型的建立38-40
• 3.6 本章小结40-43
• 第四章 控制系统设计43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 控制系统硬件设计43-48
• 4.2.1 控制芯片TMS320F2812介绍43-44
• 4.2.2 电源转换电路44-45
• 4.2.3 主功率逆变电路45-47
• 4.2.4 通信电路47
• 4.2.5 电流检测/调理电路47-48
• 4.3 控制系统软件设计48-57
• 4.3.1 主程序模块48-49
• 4.3.2 PWM中断模块49-50
• 4.3.3 电流采样模块50-52
• 4.3.4 滑模算法52
• 4.3.5 通信中断模块52-54
• 4.3.6 上位机界面54-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 实验与结果分析59-67
• 5.1 引言59
• 5.2 控制系统介绍59-60
• 5.3 系统调试60-65
• 5.3.1 矢量控制实验分析60-62
• 5.3.2 采样电路实验分析62
• 5.3.3 滑模观测器位置估算效果62-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 全文总结67
• 6.2 课题展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-75
• 攻读硕士期间发表的论文75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘红俐;张鹏;朱其新;胡寿松;;基于新型趋近律的积分模糊滑模控制及其在PMSM控制中的应用[J];航天控制;2014年06期

2 袁琼珍;;新型SVM异步电机控制的仿真研究[J];防爆电机;2014年06期

3 朱军;韩利利;汪旭东;;永磁同步电机无位置传感器控制现状与发展趋势[J];微电机;2013年09期

4 栾捷;陈阳生;;基于低分辨率位置传感器的电动汽车用轮毂电机的控制[J];机电工程;2013年05期

5 李南海;何w，

本文编号：805614