高转速无刷直流电机的无位置传感器控制技术研究与实现

摘要

无刷直流电机作为一种新型的节能电机，通过采用电子控制电路取代传统的机械电刷和换向器的功能实现直流电机的换相，是当今最高效率的调速电机。而无位置传感器控制技术，不仅可以有效地降低位置传感器带来的诸多影响，而且能够达到提高电机动态特性与安全稳定运行能力，降低震动和噪声等目的。因此，无刷直流电机的无位置传感器控制方法越来越受到人们重视，并且朝着实用化的方向发展。
　　目前市场上主流无刷直流电机的无位置传感器控制器其控制对象的转速多为每分钟几千转。但是，在一些工业、医疗、家电等行业要求电机转速达到每分钟数万转。这种状况下，一方面对控制方法的实现提出更高的要求，另外一方面厂家对控制器的成本有严格要求，如果采用高端芯片，虽然可以实现控制，但是昂贵的芯片价格将导致成本大幅度上升，产品的市场前景和竞争力受到较大的限制。
　　针对上述问题，本文进行实验研究，基于低成本的STM8芯片为核心，以高转速无刷直流电机作为被控对象，研究高性价比的无位置传感器无刷直流电机控制系统。
　　本文在对无刷直流电机数学模型、基本工作原理、启动方法、调速方法以及反电势检测法进行分析的基础上，制定了无刷直流电机无位置传感器控制的系统方案。并且完成了控制系统硬件电路设计制作和软件编程。硬件电路部分包含芯片外围电路、电源模块电路、功率驱动电路、过零点检测电路、电流检测电路等。软件部分主要包括主程序、初始化程序、各种子程序、中断嵌套程序等。
　　最后，对实验平台进行了实验研究，检验了电机启动运行调速的全过程。实验结果较为理想，并且硬件成本低、调速范围广，尤其能对高转速状态下的无刷直流电机进行控制，证明实验平台设计的合理性。充分体现了本无刷直流电机无位置传感器控制系统的先进性和优越性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 本文研究背景

1.2 无刷直流电机控制技术研究现状

1.3 本文研究目的和意义

1.4 本文研究内容和结构安排

第2章 无刷直流电机的工作原理及其控制技术研究

2.1 无刷直流电机的基本结构

2.2 无刷直流电机的基本工作原理

2.3 无刷直流电机的数学模型

2.4 控制技术研究

第3章 高转速无刷直流电机控制关键技术

3. 1 初始位置检测与电机启动技术

3.2 反电动势与过零点检测技术

3.3 电机转矩脉动抑制技术

3.4 转子位置检测技术

3.5 电机整体控制技术

3.6 本文研究关键技术

第4章 高性能低成本控制系统硬、软件设计

4.1 控制芯片STM8s芯片概述

4.2 控制系统硬件设计

第5章 实验结果分析

5.1 ST公司软件开发资源介绍

5.2 控制系统软件整体设计

5.3 控制系统实验及结果分析

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录