屏蔽式永磁无刷直流电机在阀门控制系统上的应用

论文摘要

由于本文的应用背景是建立在核反应堆堆仓阀门控制系统的基础上,其高温高压并且核辐射的环境要求本系统所需要的电机为屏蔽式永磁无刷直流电机,该电机因在结构上采用不锈钢作为屏蔽套密封定子线圈而有其自己的特点。本系统把无刷直流电机利用电子换相代替机械换相的特点巧妙地移植到带有屏蔽套的永磁电机上,不但具有直流电机的调速性能,而且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛应用。采用无位置传感器控制技术,不但可以克服外置式位置传感器的诸多弊病,而且能进一步拓宽无刷直流电机的应用领域。本文经过对比、分析甚至试验了多种控制方案,最终选择无刷直流电机无位置传感器的控制方式。紧接着介绍了无刷直流电机的发展现状及位置传感器对电机发展的限制,同时简要介绍本文的研究内容。本文通过对无刷直流电机控制技术的介绍,看到BLDCM有很广阔的发展空间；通过对无刷直流电机数学模型的建立,可以更直观地了解BLDCM的结构；通过对电机的相控方式的分析和比较,得出了二二相控方式是最佳选择。文章在分析比较常规过零点检测方法和电机启动方式的基础上,针对本系统的特点,开发出适合于自身系统的过零点检测方法和电机启动方式,提出了一种新型的过零点检测法,并对其进行了分析和验证；电机启动方式采用微处理器参与的自切换启动方式,使电机顺利地由他励状态过渡到自励状态。本文对系统的总体结构进行分析,并描述了具体的实现方法。具体实现时硬件上主要包括主电路、斩波电路、逆变电路、位置检测电路以及显示电路,并以51内核单片机STC12C5410AD为控制核心。在软件上,C语言编程采取了模块化的设计原则,使得系统具有较好的通用性和易维护性。最后我们把控制器应用在了阀门定位系统中,并进行了定位分析和Matlab仿真实验,证明了仿真结果和实测波形的吻合性；文章以具体的验证实验来结尾,实测数据证明了本方案的可行性,完全符合对方所提出的工作性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及研究内容
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 本课题的研究内容
• 1.2 国内外无刷直流电机发展现状
• 1.3 研究无位置传感器无刷直流电机的目的和意义
• 1.4 本章小结
• 第2章 BLDCM的工作原理及其控制技术
• 2.1 无刷直流电机的组成及结构
• 2.2 无刷直流电机的工作原理
• 2.3 无刷直流电动机的数学模型
• 2.3.1 电压方程
• 2.3.2 中点电压方程
• 2.3.3 电磁转矩方程及运动方程
• 2.4 无位置传感器无刷直流电机控制技术的发展现状
• 2.5 无刷直流电机的相控方式
• 2.6 本章小结
• 第3章 无位置传感器的磁极位置检测及电机起动
• 3.1 常用的无位置传感器检测方法介绍
• 3.1.1 续流二极管法
• 3.1.2 电感法
• 3.1.3 磁链法
• 3.1.4 扩展卡尔曼滤波
• 3.1.5 反电动势过零点检测法
• 3.2 新型检测方式的提出
• 3.2.1 电路构成
• 3.2.2 电路分析
• 3.2.3 实验图形的验证
• 3.3 启动存在的问题及原因分析
• 3.3.1 外同步驱动启动方式
• 3.3.2 预定位启动方式
• 3.3.3 转子脉冲定位启动技术
• 3.3.4 本文采用的启动技术
• 3.4 本章小结
• 第4章 无位置传感器BLDCM控制系统的具体实现
• 4.1 系统的总体结构
• 4.2 主电路的实现
• 4.2.1 主电路原理框图
• 4.2.2 主电路分析
• 4.2.3 器件的选择
• 4.2.4 主电路PCB
• 4.3 斩波驱动电路的实现
• 4.3.1 斩波驱动电路原理框图
• 4.3.2 斩波驱动电路原理分析
• 4.3.3 斩波驱动电路元件的选取
• 4.3.4 斩波驱动电路PCB
• 4.4 位置检测电路的实现
• 4.4.1 位置检测电路原理框图
• 4.4.2 位置检测电路原理分析
• 4.4.3 位置检测电路元器件的选取
• 4.4.4 位置检测电路PCB
• 4.5 单片机控制电路和显示电路的设计
• 4.5.1 单片机控制电路和显示电路原理图
• 4.5.2 单片机选型
• 4.5.3 单片机电路分析
• 4.5.4 单片机控制与显示电路PCB
• 4.6 控制系统供电电源
• 4.6.1 控制电源电路原理图
• 4.6.2 控制电源电路分析
• 4.6.3 控制电源电路元器件的选取
• 4.6.4 控制电源电路PCB板
• 4.7 控制器总体实物结构展示
• 4.8 软件编程语言的选择
• 4.9 电路抗干扰措施
• 4.9.1 硬件抗干扰措施
• 4.9.2 软件抗干扰
• 4.10 系统调试方案
• 4.10.1 硬件调试
• 4.10.2 软件调试
• 4.10.3 联合调试
• 4.11 本章小结
• 第5章 BLDCM位置控制系统的仿真及其在阀门定位中的应用
• 5.1 BLDCM控制系统的Matlab仿真
• 5.1.1 BLDCM控制系统的仿真系统的建立
• 5.1.2 仿真实验及结果
• 5.2 BLDCM控制系统在阀门定位中的应用
• 5.2.1 阀门定位系统性能指标
• 5.2.2 阀门定位的实现过程
• 5.2.3 定位误差
• 5.2.4 定位实验验证
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文