无位置传感器无刷直流电机启动方法的研究

论文摘要

永磁无刷直流电机因结构简单无需碳刷机械换相、调速性能好、运行效率高、成本低廉、体积小、安装维护方便的特点,在农业、工业、国防和家用电器等领域的应用的范围越来越广。为了检测电机转子的位置通常需在电机内部安装三个霍尔传感器,而霍尔传感器对温度很敏感,容易损坏。为此,国内外对无位置传感器检测无刷直流电机转子位置的控制策略进行了大量研究,但提出的方法都存在启动性能差,容易堵转和回退且常有失步现象,而且需要复杂的软件计算,成本较高。为了解决上述问题本文引用了一种通过检测线电压差获得转子位置的方法,提出的方法能在2%的额定转速下准确检测到转子位置,从而可以利用简单软件实现电机的快速启动。本文主要研究了适用于空调内风机和外风机的无转子位置传感器的永磁无刷直流电机的启动控制。首先从电机的基本电气特性方程入手,详细推导了无刷直流电机的数学模型。并在此基础上进一步分析和推导出了该方法的数学表达式。其次为了验证本方法的正确性和可行性,得到线电压差的数学模型,然后通过MATLAB对系统进行了建模并进行了相应的仿真。由得到了仿真结果可以看出理论分析和仿真上是完全可行的,从而为后续工作提供了强大的理论支持。接着分别从硬件电路(电源电路)和软件设计电路两个方面进行了分析与设计。给出了硬件电路的原理电路和参数计算方法。同时,软件方面为了克服无法计算零启动时转子位置,启动时采用三段式启动,并对启动过程进行软件跟踪及启动失败的处理,确保了启动的万无一失。最后,笔者装配了一台空调的室内风机控制系统,对研究成果——电源板和驱动板进行了实际的测试。最终,完成了无刷直流电机的零启动和控制试验。试验结果表明:系统硬件工作正常,软件设计合理,启动速度低且平稳无明显抖动。总体看来,本文所做的工作得到了预期的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 永磁无刷直流电机在国内外发展和现状
• 1.2 课题的由来
• 1.2.1 无位置传感器位置检测
• 1.2.2 无位置传感器的无刷直流电机的启动
• 1.2.3 转矩脉动
• 1.2.4 最佳换相
• 1.3 本课题的研究现状
• 1.3.1 无位置传感器位置检测
• 1.3.2 无位置传感器的零启动
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.4.1 无刷直流电机原理和线电压差检测法的分析
• 1.4.2 无刷直流电机模型和线电压差模型的建立与仿真
• 1.4.3 系统的设计与仿真
• 1.4.4 实验结果分析
• 1.5 本章小结
• 第2章 无刷直流电机的原理
• 2.1 无刷直流电机的组成
• 2.2 无刷直流电动机的工作原理
• 2.3 无刷直流电机的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 线电压差转子位置检测方法
• 3.1 线电压差转子位置检测方法的推导与分析
• 3.2 本章小结
• 第4章 无刷直流电机的仿真
• 4.1 无刷直流电机系统的构成
• 4.1.1 电机本体模块
• 4.1.2 位置检测器模型
• 4.1.3 导通逻辑译码器
• 4.1.4 PWM 发生器模块
• 4.1.5 桥式逆变器模块
• 4.2 线电压差的仿真模型及仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 控制系统设计
• 5.1 稳压电源电路的设计
• 5.1.1 稳压电源类型的选择
• 5.1.2 电源主控芯片的选择
• 5.1.3 控制电路的设计
• 5.2 软件控制系统设计
• 5.2.1 控制芯片选择和介绍
• 5.2.2 212L 系统硬件设置
• 5.2.3 212L 单片机开发工具及所需文件
• 5.2.4 212L 单片机系统的程序设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验结果与分析
• 6.1 实验仪器
• 6.2 实验结果和分析
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录1