基于dsPIC30F2010微处理器的无位置传感器直流无刷电机控制系统

论文摘要

由于永磁材料的发展,永磁同步电机具有了高效率、长寿命、体积小、重量轻、结构简单等一系列优点,使其在航空航天、军事、家电及工业领域广泛使用,其中又以直流无刷电机结构和控制都比较简单,使它得到了广泛的应用。随着现代电力电子技术、控制理论和微处理器技术的飞速发展,直流无刷电机的控制技术也相应的得到了空前的发展。直流无刷电机具有较高的功率密度,但是其本身也存在自身的缺陷,较差的运行性能限制了它在高性能场合的应用,所以从控制理论和技术上提高直流无刷电机的运行性能,将为结构简单、成本低廉的直流无刷电机进一步的应用打下坚实的基础,这是本文研究的主要目的和意义。本文主要研究以美国MICROCHIP公司推出的电机专业控制微处理器dsPIC30F2010为核心的直流无刷电机无位置传感器控制系统,力求在提高电机运行性能的同时保持控制的相对简单性。文中详细分析了直流无刷电机的内部结构、工作原理以及控制理论,根据分析建立了与之相对应的数学模型。通过对比以往的转子位置检测法提出了去频移相基波过零点检测法,对直流无刷电机进行换向控制和速度估算,并且利用MATLAB/SIMULINK软件平台搭建了直流无刷电机无位置传感器控制系统仿真模型,给出了仿真结果,验证了系统的可行性。结合所采用的控制策略和微处理器的片上资源,文中对整套系统的硬件电路进行了分析研究,构建了以dsPIC30F2010微处理器为核心的无位置传感器直流无刷电机控制电路,设计了基波过零点检测电路,改进了三相桥式逆变器中功率管的驱动电路,抑制了功率管栅极驱动信号产生的振荡,有效的减小了功率管的开关损耗,同时也对功率管起到了保护作用。最后,通过对样机进行测试,给出了本系统实际运行时的实验测试结果,并对结果进行了分析。实验结果验证了该无位置传感器直流无刷电机控制系统的正确性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 直流无刷电机的发展和现状
• 1.1.1 直流无刷电机的发展历史
• 1.1.2 国内外直流无刷电机的发展现状和未来趋势
• 1.2 直流无刷电机的优势
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 直流无刷电机的数学模型
• 2.1 直流无刷电机工作原理
• 2.1.1 直流无刷电机的结构特点
• 2.1.2 直流无刷电机运行原理分析
• 2.2 直流无刷电机的数学模型及特性分析
• 2.2.1 直流无刷电机的数学模型
• 2.2.2 直流无刷电机的特性分析
• 2.3 直流无刷电机位置信号检测方法
• 2.3.1 有位置传感器的转子位置检测法
• 2.3.2 直流无刷电机的无位置传感器的位置信号检测法
• 2.4 本章小结
• 第三章 直流无刷电机的控制策略及仿真
• 3.1 直流无刷电机控制策略
• 3.1.1 电压斩波PWM 调制法
• 3.1.2 直流无刷电机的闭环控制策略
• 3.1.3 直流无刷电机的起动控制策略
• 3.2 去频移相基波过零点检测法控制原理
• 3.2.1 直流无刷电机反电动势基波分量获取
• 3.2.2 直流无刷电机反电动势基波分量移相器设计
• 3.3 基于MATLAB/SIMULINK 软件平台的系统仿真模型设计
• 3.3.1 直流无刷电机仿真模型
• 3.3.2 基波移相器模型
• 3.3.3 桥式逆变器模块
• 3.4 模型仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 直流无刷电机控制系统硬件电路设计
• 4.1 微处理器DSPIC30F2010 简介
• 4.2 桥式逆变器电路设计
• 4.2.1 功率开关管驱动芯片IR2101 电路设计
• 4.2.2 功率开关管驱动缓冲电路
• 4.2.3 浪涌电压吸收网络
• 4.3 去频移相基波过零点检测电路设计
• 4.3.1 反电动势过零点检测电路
• 4.3.2 基波分量获取电路
• 4.3.3 基波移相策略
• 4.4 直流母线电流检测电路设计
• 4.4.1 零漂移高压侧电流检测放大器LTC6102 简介
• 4.4.2 逆变器直流母线电流检测解决方案
• 4.4.3 母线电流检测电路
• 4.5 控制系统辅助电路设计
• 4.5.1 辅助电源设计
• 4.5.2 过流保护电路设计
• 4.5.3 蓄电池保护电路设计
• 4.6 本章小结
• 第五章 直流无刷电机控制系统软件设计
• 5.1 控制系统软件开发环境和主体结构设计
• 5.1.1 微处理器dsPIC30F2010 开发环境
• 5.1.2 控制软件主体逻辑结构
• 5.2 控制模块子程序
• 5.2.1 基波信号处理子程序
• 5.2.2 直流无刷电机转速计算子程序
• 5.2.3 转速电流双闭环控制子程序
• 5.3 保护模块子程序
• 5.4 本章小结
• 第六章 系统调试和实验结果分析
• 6.1 控制系统软件调试
• 6.2 控制系统硬件实验
• 6.2.1 桥式逆变器功率开关管驱动实验
• 6.2.2 基波检测电路实验
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 后期展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表的论文及参与完成的科研项目