无刷直流电动机无位置传感器位置检测技术的研究

摘要

无刷直流电机以其优越的性能应用于各个领域。在无刷直流电机的控制中，转子位置的检测是至关重要的，而在传统的无刷直流电机中由于使用位置传感器的弊病日益明显，因此，对无刷直流电动机无位置传感器控制技术的研究具有较好的应用前景。 首先，阐述了无刷直流电动机的发展概况及目前无位置传感器情况下的各种转子位置检测方法的，并对各种检测方法做了比较。分析了无刷直流电动机的驱动构成和工作原理，在此基础上推导了无刷直流电动机的数学模型，并在MATLAB的平台下对无刷直流电动机控制系统进行仿真研究。 采用模块化的思想构建独立的功能模块，再进行有机整合，从而搭建无刷直流电动机控制系统的仿真模型，为后续研究做准备。 其次，对转子位置检测方法中的目前比较成熟的反电势过零点检测方法做了比较详细的研究。 针对延迟30°-（）换相的缺点，本文利用延迟90°-（）的换相原理对传统的反电势过零点检测方法做了改进，并且设计了过零点检测电路。由于检测电路的电路参数一经选取，反电动势信号的相移角度的大小就只与反电动势频率有关，即与电机的转速有关，因此在研究转子位置误差补偿的基础上，计算得到在不同的转速下反电动势过零点相移补偿角度，采用曲线拟合建立了电机转速和相移补偿角度之间的关系，这样在软件实现上可以简单的对误差进行修正。 最后，论文在对电机转角预测理论推导的基础上，提出了一种新的无刷直流电动机位置检测方法，从而实现无刷直流电机无位置传感器控制。该方法构建一个以相磁通和相电流为输入，电机转角为输出的小波神经网络预测模型，并采用遗传算法来训练网络参数，利用MATLAB对该方法进行仿真，实验结果表明该方法是合理的。 该方法无需考虑电机的转速，较基于反电动势过零点的位置检测方法有着更宽的调速范围。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景

1.2无位置传感器转子位置检测方法概述

1.2.1反电动势过零点检测法

1.2.2反电动势逻辑电平积分法

1.2.3定子三次谐波检测法

1.2.4续流二极管法

1.2.5状态观测器法

1.2.6电感测量法

1.2.7各检测方法比较

1.3本课题研究内容及章节安排

第二章无刷直流电动机的基本工作原理及数学建模

2.1无刷直流电动机的基本结构和工作原理

2.1.1无刷直流电动机的基本结构

2.1.2无刷直流电动机的运行原理

2.2无刷直流电动机的数学模型

2.3基于MATLAB／SIMULINK的无刷直流电动机系统模型的建立

2.3.1电动机本体模块

2.3.2速度PID控制模块

2.3.3参考电流模块

2.3.4电流滞环控制模块

2.3.5电压逆变模块

2.3.6仿真结果

2.4本章小结

第三章基于反电动势过零点的转子位置检测

3.1反电动势检测原理

3.2换相方法

3.2.1延迟30°电角度换相

3.2.2相角延迟修正

3.3反电动势过零点检测

3.3.1反电动势过零点的检测方法

3.3.2检测电路设计

3.3.3换相信号生成

3.4转子位置误差补偿

3.5本章小结

第四章基于小波神经网络的转子位置检测

4.1小波神经网络理论

4.1.1小波神经网络的发展

4.1.2小波分析的基础

4.1.3小波网络的结构

4.1.4小波分解与小波构造

4.2电机转角预测理论背景

4.3基于小波神经网络电机转角预测模型设计

4.3.1小波隐层函数的选择

4.3.2网络结构设计

4.3.3网络参数初始化

4.3.4小波神经网络的遗传训练算法

4.4电机转角预测模型仿真实现

4.4.1相磁通的获取

4.4.2输入数据预处理

4.4.3 WNN构建

4.4.4电机转角辨识

4.5仿真结果

4.6本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果