永磁无刷直流电机换相相位补偿控制系统研究

摘要

无刷直流电机的换相相位对实现电机的平稳和高效率运行发挥着巨大的作用，但是由于电机定子电枢反应的存在和电机制造工艺与换相传感器安装的误差，电机在运行过程中出现换相相位偏移最佳换相点是不可避免的。无刷直流电机的换相问题一直是中外科研工作者研究的重点，本文的研究是以工程项目调试过程中发现的问题为研究背景，无刷直流电机空载时确定的最佳换相相位点，在负载运行时发生了换相相位偏移。根据这一问题对最佳换相相位产生偏移的原因进行了分析，并根据研究的结果采用了一种换相相位补偿控制策略来抑制换相相位的偏移。
　　本文在分析了无刷直流电机系统结构和工作原理的基础上，建立了无刷直流电机的数学模型。按照无刷直流电机控制系统的设计，分析和叙述了转子位置传感器的空间配置方法，并从工作原理出发说明无刷直流电机最佳换相逻辑的确定方法。通过公式的推导证明了换相相位超前和滞后对电机相电流产生畸变的影响，并研究了工作在120°换相方式下各种调制方式中非导通相电流对系统的影响。
　　在无刷直流电机调速系统的实验过程中，针对换相相位出现滞后的现象，采用了逆着转速方向调整霍尔位置传感器使最大转速点满足最佳换相的做法，根据实验波形指出这种方法的不足，并对最佳换相相位点产生偏移进行了理论分析，指出电机电枢反应随着电枢电流的变大使气隙磁场发生了畸变。根据这一结论和对国内外换相相位补偿方法的分析与研究提出一种能够实现换相相位自适应的补偿方法，该方法以对称的线电压差值为基准信号，当出现换相相位角度偏差时，在换相时刻采样基准信号就会得到一个由非对称引起的偏差量，把偏差量作为被调节量，经过PI调节器的调节即可达到补偿换相相位偏差的目的。以换相相位偏差补偿策略为基础，采用Matlab/Simulink建立了系统模型，并应用Microchip公司dsPIC30F4011作为控制单元完成了无刷直流电机换相相位补偿系统的设计和系统软件程序的调试工作。通过仿真和实验验证了换相相位偏差补偿策略能够对换相相位偏差进行有效的补偿和改善无刷直流电机控制系统的运行性能。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 无刷直流电机换相问题研究现状

1.3 论文的主要内容

2 无刷直流电机运行原理与换相分析

2.1 无刷直流电机的系统结构

2.2 无刷直流电机的工作原理

2.3 无刷直流电机的数学模型

2.4 转子位置传感器与空间配置方法

2.5 无刷直流电机最佳换相逻辑分析

2.6 换相相位超前或滞后的定量分析

2.7 调制方式与非导通相电流的分析

2.8 本章小结

3 无刷直流电机调速系统及换相相位补偿策略

3.1 无刷直流电机调速系统及换相相位偏移

3.2 基于直轴和交轴分量的分析方法

3.3 无刷直流电机换相相位补偿策略

3.4 本章小结

4 无刷直流电机换相相位补偿系统设计

4.1 换相相位补偿系统的硬件电路设计

4.2 换相相位补偿系统的软件设计

4.3 本章小结

5 系统实验与分析

5.1 实验结果及分析

5.2 本章小结

6 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附 录