基于自适应滑模观测器的无刷直流电机无位置传感器控制

论文摘要

无刷直流电机是一种性能优越、应用前景广泛的电机。它既具备交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电机的运行效率高、调速性能好等诸多特点,因此在工业领域得到了广泛的应用。传统的无刷直流电机是通过机械的转子位置传感器得到确切的转子位置信号实现换相和调速的。但机械位置传感器影响着整个系统的可靠性、成本和体积,甚至在某些场合根本无法使用,因此无刷直流电动机的无位置传感器转子位置检测方法成为近年来学术界的研究热点。滑模变结构控制具有对摄动的完全自适应等优点,可以用它来实现对电机速度、位置的控制。滑模观测器是一种性能优良的观测器,它不仅能得到不确定对象的状态,还能获得对象模型中内外干扰的实时控制量,将其应用到无刷直流电机控制中能获得很好的控制效果。本文以无位置传感器BLDCM作为研究对象,介绍了无刷直流电机的基本原理和控制方法,并且对比了无位置传感器控制中常用的位置检测方法,提出了一种基于自适应滑模观测器的无刷直流电机转子位置和转速估计方法。由无刷直流电机数学模型,根据实测电流和观测电流之间的误差构成滑模面。利用等效控制与模型参考自适应算法,估算出转子位置和转速,并以滑模观测器得到的转速作为反馈进行闭环调速,可使实际转速响应到良好的效果。在此基础设计了基于自适应滑模观测器的无刷直流电机的无位置传感器控制系统,并利用李亚诺夫函数分析了观测参数的收敛性。仿真结果表明,基于自适应滑模观测器的无位置传感器无刷直流电机位置和转速估算方法能够得到正确的转子位置和角速度,不受负载扰动和测量噪声的影响,系统具有较强的鲁棒性。最后,以TI公司最新推出的数字信号处理器(DSP)TMS320F2812为核心设计了无刷直流电机控制系统,鉴于该控制芯片出色的性能和丰富的外设资源,使用该芯片设计和实现了控制系统的硬件和软件系统,实现了无刷直流电机的起动、电流电压采样、转子位置检测、转速调节等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷直流电机的特点及应用领域
• 1.1.1 无刷直流电机的特点
• 1.1.2 无刷直流电机的应用领域
• 1.2 无刷直流电机的未来发展趋势及研究热点
• 1.2.1 无刷直流电机的发展趋势
• 1.2.2 无刷直流电机目前的研究热点及存在的问题
• 1.3 滑模变结构控制概述
• 1.4 论文研究的背景和意义
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 无刷直流电机及无位置传感器控制技术
• 2.1 无刷直流电机的基本结构
• 2.2 无刷直流电机的数学模型
• 2.3 无刷直流电机的工作原理
• 2.4 无刷直流电机无位置传感器控制
• 第三章 滑模控制基本原理
• 3.1 滑模变结构控制
• 3.2 滑动模态及数学表达
• 3.3 滑模控制基本问题
• 3.4 自适应控制
• 第四章 无位置传感器无刷直流电机的滑模控制
• 4.1 自适应滑模观测器的设计
• 4.2 转子位置估计
• 4.3 转速估计
• 4.4 电机的起动
• 4.4.1 预定位过程
• 4.4.2 外同步过程
• 4.4.3 外同步向滑模控制切换过程
• 4.5 无刷直流电机无位置传感器滑模控制仿真模型
• 4.6 仿真结果及分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 无刷直流电机的DSP 控制系统
• 5.1 控制系统的硬件设计
• 5.1.1 控制系统结构
• 5.1.2 电源电路
• 5.1.3 逆变桥及其驱动电路
• 5.1.4 光电隔离
• 5.1.5 电流、电压的检测和计算
• 5.2 控制系统的软件程序设计
• 5.3 实验结果
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢