基于DSP的无位置传感器无刷直流电机阀门控制系统设计

摘要

无刷直流电机(BrushlessDCMotor，BLDCM)是随着电力电子技术的发展和新型永磁材料的出现而迅速发展起来的一种新型机电一体化电机。BLDCM具有起动力矩大、过载能力强、功率密度高、转动惯量小、高效节能、寿命长、免维护等诸多优点，被广泛应用于现代家用电器、计算机驱动、医疗、航空航天、汽车和电动车辆等领域。在一些特殊的应用场合，如高温、高湿、污浊空气等恶劣的工作环境下，外置式位置传感器的可靠性差，甚至无法正常工作，此外位置传感器的众多连线也降低了电机运行的可靠性。无刷直流电机无位置传感器控制技术已经成为行业内近二十年来的一个重要研究方向。
　　采用无刷直流电机取代异步电机作为电动阀门的执行电机，可以实现执行机构平滑调速、提高运行效率，但是由于现场的工作环境湿度很大，采用无位置传感器电机控制更为适宜。
　　本文在分析无刷直流电机数学模型和工作原理的基础上，介绍了无位置传感器控制常用控制技术，分析了其优缺点，在此基础上给出了一种基于磁链函数的转子位置检测方案-G函数法。研究这种位置检测方法的基本原理，建立无刷直流电机基于G函数位置检测法的控制系统仿真模型，为实现G函数位置检测方法提供了一个高效的仿真平台。
　　在无刷直流电机控制系统仿真模型的基础上，本文设计了有位置传感器和基于G函数位置检测法的无位置传感器的控制方案。结合TI公司的DSP控制芯片TMS320F2812的特点，设计了无刷直流电机控制系统的硬件电路，包括DSP供电电路、电源电路、整流电路、逆变和驱动电路、端电压采样电路、温度采样电路、电流采样电路、电机制动电路和基于MODBUS协议的通信电路。根据系统方案设计了DSP控制系统，编写了控制器软件程序。对设计的无刷直流电机控制系统进行了实验调试，实验结果验证了G函数位置检测方法的可行性和有效性。