基于导通角全速域控制无刷直流电机的仿真研究

论文摘要

无刷直流电动机由于具有直流电动机和交流电动机的优点,所以得到了广泛的应用,如:运动控制、工业应用、消费品、航天航空和交通运输工具。但无刷直流电动机的成本较高,限制了其使用范围。Fernando Rodriguez和Ali Emadi提出的导通角控制是一种简单可靠的无刷直流电动机数字控制技术,易于专用集成电路(ASIC)设计实现,能有效降低无刷直流电动机控制成本。本文介绍了无刷直流电动机系统的控制原理和基本公式;介绍了导通角控制无刷直流电机的原理及控制器设计方法。由于这种控制方式存在转速控制范围过小和固定负载的缺点,不适用于较大范围转速和负载的调速控制,限制了使用范围,所以本文采用转速和转矩分段控制的方法,扩大转速和转矩的控制范围。在实际中,负载转矩不便检测,因此选择合适的转矩控制区间存在问题。基于此问题,本文根据电动机转速变化范围来选择合适的转矩控制区间的方法。通过理论分析确定控制系统各参数的计算和取值方法,在理论上,证明这种方式是可行的。在此基础上,完善了导通角全速域控制器的整体设计方法。根据无刷直流电动机的数学模型并采用MATLAB/SIMULINK建立无刷直流电动机系统仿真模型;采用Stateflow和SIMULINK模块实现控制器仿真,仿真结果证明导通角全速域控制器整体设计思想的可行性。基于导通角全速域控制无刷直流电动机方法,使导通角控制——这一崭新的无刷直流电动机驱动方式得到更广泛的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无刷直流电机概述
• 1.2 无刷直流电机的应用
• 1.3 课题背景及意义
• 1.4 本文的主要工作
• 本章小结
• 第二章 无刷直流电动机控制原理
• 2.1 无刷直流电机的基本组成环节及工作原理
• 2.1.1 基本组成环节
• 2.1.2 基本工作原理
• 2.2 无刷直流电动机的基本公式
• 2.3 位置传感器
• 2.3.1 电磁式传感器
• 2.3.2 光电式位置传感器
• 2.3.3 霍尔元件式位置传感器
• 2.4 无刷直流电动机转速的测量
• 2.5 无刷直流电动机控制技术现状
• 2.5.1 PID 控制技术
• 2.5.2 转矩脉动抑制技术
• 2.5.3 无位置传感器控制技术
• 2.5.4 智能控制技术
• 本章小结
• 第三章 基于导通角全速域控制无刷直流电动机系统方案设计
• 3.1 数字式导通角控制无刷直流电动机基本原理
• 3.2 导通角数字控制器设计
• 3.3 基于导通角控制无刷直流电动机策略的全速度域数字控制器的设计
• 3.3.1 转速控制范围的扩展
• 3.3.2 转矩控制范围的扩大
• 3.3.3 导通角全速度域数字控制器设计
• 本章小结
• 第四章 系统建模与仿真
• 4.1 无刷直流电动机的数学模型
• 4.2 基于MATLAB 的无刷直流电动机系统模型的建立
• 4.2.1 MATLAB/SIMULINK 简介
• 4.2.2 基于SIMULINK 的无刷直流电动机系统模型的建立
• 4.3 仿真结果
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢