无位置传感器无刷直流电机调速系统控制策略研究

论文摘要

本文介绍了无刷直流电机的应用状况、常见的技术问题以及它的工作原理,建立了无刷直流电机的数学模型和MATLAB仿真模型,重点对无刷直流电机的无位置传感器技术以及转矩脉动抑制技术的相关问题进行了研究。无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差严重影响了电机的运行性能,为此本文对校正位置信号相位进行了深入的研究。详细分析了无位置传感器无刷直流电机位置信号相位与非导通相续流电流的关系,指出了非导通相续流电流偏差能够准确地反应无位置传感器无刷直流电机位置信号相位误差。根据分析所得结论,提出了一种校正位置信号相位的新型控制方法。该闭环控制方法以控制非导通相续流电流对称为目标,以非导通相续流电流偏差为反馈量,通过PI调节器调节,及时调整过零点延时角度,从而达到自动校正位置信号相位的目的。换相转矩脉动亦为影响电机运行性能的一大重要因素,本文介绍了无刷直流电机换相转矩脉动产生的原因,提出了一种保持非换向相绕组换相前后施加电压不变的方法,抑制无刷直流电机换相转矩脉动。为减小换相前非导通相续流引起的电压补偿量计算误差,将该方法与PWM_ON_PWM调制方式相结合,进一步改善了转矩脉动抑制效果,同时也抑制了正常导通期间转矩脉动;并在此基础上推导出适合宽转速范围抑制换相转矩脉动的电压补偿方法。最后,为验证本文所提的控制方法,搭建了基于DSP、CPLD的无刷直流电机控制平台。详细介绍了系统的硬件构成,并说明了各组成部分的功能,给出了软件程序流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷直流电机的应用及发展
• 1.2 无刷直流电动机常见的技术问题
• 1.2.1 无位置传感器技术
• 1.2.2 转矩脉动抑制技术
• 1.3 本文研究的主要问题及内容安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 无位置传感器无刷直流电机工作原理及MATLAB 建模
• 2.1 引言
• 2.2 无刷直流电机的工作原理
• 2.2.1 基本原理
• 2.2.2 无位置传感器无刷直流电机工作原理
• 2.3 无刷直流电机的数学模型
• 2.3.1 电压、电流平衡方程
• 2.3.2 反电势特性分析
• 2.3.3 转矩方程及运动特性分析
• 2.4 基于MATLAB 的无位置传感器无刷直流电机调速系统的仿真模型
• 2.4.1 无刷直流电机本体模型
• 2.4.2 无位置传感器无刷直流电机驱动器模型
• 2.5 仿真模型的验证
• 2.6 本章小结
• 第三章 无位置传感器无刷直流电机位置信号的获取策略
• 3.1 引言
• 3.2 基于反电势过零点获取位置信号的原理分析
• 3.2.1 模拟中性点比较法
• 3.2.2 直接反电势检测法
• 3.2.3 数字检测法
• 3.3 位置信号相位误差分析
• 3.3.1 低通滤波器引起的相位误差
• 3.3.2 其它引起的转子位置检测误差的因素
• 3.4 位置信号相位误差的校正方法
• 3.4.1 不同PWM 调制方式对非导通相续流电流的影响
• 3.4.2 准确换相时非导通相续流电流特性
• 3.4.3 超前、滞后换相时非导通相续流电流特性
• 3.4.4 新型位置信号校正策略
• 3.5 实验验证及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 无刷直流电机换相转矩脉动的抑制策略
• 4.1 引言
• 4.2 换相转矩脉动产生的原因
• 4.2.1 换相电流分析
• 4.2.2 换相转矩分析
• 4.3 新型换相转矩脉动抑制策略
• 4.3.1 换相转矩脉动抑制原理
• 4.3.2 PWM 调制策略选择
• 4.3.3 新型换相转矩脉动抑制策略的实现
• 4.4 仿真及实验验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于DSP 的无位置传感器无刷直流电机调速系统的设计与实现
• 5.1 引言
• 5.2 无刷直流电机调速系统结构
• 5.2.1 主控芯片及其外围电路
• 5.2.2 采样调理电路
• 5.2.3 CPLD 的功能电路及外围电路的设计
• 5.2.4 主功率电路及驱动电路设计
• 5.2.5 辅助电源设计
• 5.3 无刷直流电机控制系统的软件介绍
• 5.3.1 软件的总体设计
• 5.3.2 配合硬件电路进行硬件检测
• 5.3.3 启动子程序设计
• 5.3.4 周期中断子程序
• 5.3.5 ADC 中断子程序
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果