无刷直流电机无位置传感器控制系统研究

论文摘要

研究无刷直流电机的无位置传感器控制技术（Sensor-less）是业内自上世纪90年代以来的一个重要研究方向。采用无位置传感技术,不但可以省去高昂的位置传感器费用,更能节省空间,并能够让电机在高温、高压的恶劣环境中正常工作。目前,无位置检测技术普遍采用包含电机转子位置信息的反电势检测技术。但是电机零速和低速时反电势不存在或者难以检测,因此近几年业内致力研究无位置传感器无刷直流电机的零速启动。论文在详细介绍无刷直流电机的运行原理及数学模型基础上,对反电势过零检测法无位置传感器控制的原理以及过零检测电路的设计进行了详细的分析研究。同时采用高频脉冲检测转子零初始位置方法启动电机,而后切换至反电势运行法运行。实践证明,该方法有比传统“三段式”法有着更为出色的启动性能。同时,本文还对反电势法无位置传感器控制的检测误差及干扰影响进行了理论分析,并提出了相应的误差补偿以及干扰抑制措施。在参考大量电路以及遵循系统实际基础上,搭建了硬件实验平台,并设计成功无刷直流电动车用控制器,该控制器运行稳定,成本低廉,可实现市场化。同时,在CODEWARRIOR集成开发环境下完成了整个无位置传感器控制系统的软件设计。最后进行了实验结果分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无刷直流电机的发展、特点及应用
• 1.2 无刷直流电机的研究现状
• 1.2.1 电机本体
• 1.2.2 功率模块
• 1.2.3 先进控制理论
• 1.2.4 位置检测技术
• 1.3 无位置传感器控制的起动技术
• 1.3.1 三段式启动
• 1.3.2 预定位起动法
• 1.3.3 升频升压起动法
• 1.3.4 短时检测脉冲转子定位起动法
• 1.4 选题意义及本文主要研究方向
• 第2章 无位置传感器无刷直流电机的转子零初始位置检测技术研究
• 2.1 无刷直流电机的工作原理
• 2.1.1 无刷直流电机的基本组成
• 2.1.2 无刷直流电机的运行原理
• 2.1.3 无刷直流电机的数学模型
• 2.2 转子零初始位置估测
• 2.2.1 转子零初始位置估测的原理
• 2.2.2 转子零初始位置检测的硬件实现
• 2.3 基于零初始位置估测的电机加速及切换过程
• 2.3.1 "起动过程"分析
• 2.3.2 基于零初始位置估测的电机加速过程
• 2.3.3 切换过程
• 第3章 "反电势法"运行分析研究
• 3.1 "反电势法"基本原理
• 3.2 反电势法的提取
• 3.2.1 反电势重构法
• 3.2.2 端电压法
• 3.3 反电势过零检测电路设计方案
• 3.4 反电势法产生位置误差、干扰影响分析
• 3.4.1 PWM调制方式对于转子位置检测的影响
• 3.4.2 滤波电路相移影响分析
• 3.4.3 滞回比较电路设计
• 3.4.4 续流二极管对于转子位置检测的影响
• 3.4.5 本节小结
• 第4章 无刷直流电机无位置传感器控制系统软硬件设计
• 4.1 控制系统硬件电路设计
• 4.1.1 68HC08 MR8单片机外围电路设计
• 4.1.2 功率主电路
• 4.1.3 功率管驱动电路
• 4.1.4 反电势过零检测电路
• 4.1.5 AD采样电路（电流检测电路）
• 4.1.6 电源电路
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 转子零初始位置起动程序设计
• 4.2.2 反电势法运行程序设计
• 4.2.3 电动自行车其他外围程序设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 实验系统
• 5.1.1 电机本体实物图
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 转子零初始位置检测
• 5.2.2 反电势运行
• 5.2.3 单片机脱离仿真器不能正常运行问题的解决
• 5.3 方法的可行性分析
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢