无位置传感器的直流无刷电机控制系统研究

发布时间：2017-10-13 09:42

  本文关键词：无位置传感器的直流无刷电机控制系统研究

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【摘要】：最近几年中,直流无刷(BLDC)电机和它们的驱动器正快速的进入家用电器、HVAC行业、汽车电子等市场,BLDC电机具有高效率,运行噪音低,结构紧凑,稳定可靠以及维护成本低等优点。BLDC电机一般用6步模式通过位置传感器控制换相。为了降低驱动系统的成本和复杂性,提出了无传感器驱动技术。目前的无传感器控制方法都是基于电机中点电压的传统的反电动势检测方法,这些方法对BLDC电机来说具有一定的缺陷,限制了电机的应用。在本论文中,介绍了直接反电动势检测方法用于无传感器BLDC电机的驱动,它不需要用电机中点电压测量反电动势。悬空的电机线圈的反电动势可以在PWM_OFF时检测到,因为在PWM_OFF期间电机端电压和这个相的反电动势成正比。另外,反电动势电压参考地,不会产生共模噪声。因此,避免了开关噪声和共模电压。没有信号衰减,反电动势检测也不需要滤波器。它比基于中点电压的反电动势检测方法具有更好的性能,可以使电机以更低的成本实现更宽的调速范围。使其在低速、低电压和高电压的应用中的使用范围更广。此外,本文对无位置传感器BLDC电机的基本结构和原理进行了介绍,又分析了运行的基本原理包括启动方法,控制策略,过零点检测,在此基础上建立数学模型。详细介绍了无传感器BLDC电机的控制技术,并设计控制系统电路,包括电源电路、逆变器电路、模拟量采集、过零点检测、过流保护等,并进行系统测试。
【关键词】：直流无刷电机 传感器 过零点 反电动势
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 引言9-14
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 直流无刷电机的发展现状10-11
• 1.2.1 BLDC电机的发展10-11
• 1.2.2 BLDC电机控制技术的发展11
• 1.3 电机系统的应用11-13
• 1.4 课题研究的主要内容13-14
• 2 BLDC电机基本原理14-27
• 2.1 BLDC基础知识14-18
• 2.1.1 BLDC电机结构14-16
• 2.1.2 运行原理16-18
• 2.2 BLDC电机的无传感器控制18-20
• 2.2.1 控制模式18-20
• 2.2.2 启动过程20
• 2.3 BEMF20-22
• 2.4 过零点检测22-23
• 2.5 数学模型23-26
• 2.6 本章总结26-27
• 3 无传感器控制技术的研究27-41
• 3.1 电机启动27-28
• 3.2 反电动势检测方法28-34
• 3.2.1 PWM OFF检测方法28-31
• 3.2.2 PWM ON检测方法31-34
• 3.3 用于低速、低电压的电路34-37
• 3.3.1 偏置反电动势信号34-35
• 3.3.2 用于低速的电路35-37
• 3.4 用于高压的电路37-39
• 3.5 总结39-41
• 4 系统硬件设计41-48
• 4.1 控制系统的结构41
• 4.2 主控芯片的选择41-42
• 4.3 最小系统设计42
• 4.4 电源电路设计42-44
• 4.4.1 DC5V电源电路43
• 4.4.2 DC15V电源电路43
• 4.4.3 DC3.3V电源电路43-44
• 4.5 PWM输出电路设计44
• 4.6 驱动电路设计44-45
• 4.7 电流采样电路设计45-46
• 4.8 电压采样电路设计46-47
• 4.9 RS232接口电路设计47
• 4.10 本章小结47-48
• 5 实验结果48-53
• 6 总结与展望53-54
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-54
• 参考文献54-56
• 致谢56-57
• 个人简历57-58
• 攻读硕士期间参加科研情况58

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本文编号：1024173