电动滑板车无刷直流电机无位置传感器控制器的研制

摘要

在人们环保意识日益增强的时代，传统的出行方式被越来越多的电动交通工具所取代。其中，近些年来出现的电动滑板车，由于其外观时尚、体积小携带方便、操作简单等优点，因此成为人们短途出行最受欢迎的代步工具之一。电动滑板车主要有三大核心部分组成：驱动电机、电机控制器以及电池，目前无刷直流电机凭借转矩大、动态性能良好、寿命长等优势成为驱动电机的首选。本文主要目标是以无刷直流电机为研究对象，开发出一款基于STM32的全数字化无位置传感器控制系统，并最终通过实验验证其可行性和稳定性。本设计主要完成以下几个方面： （1）对无刷直流电机工作原理与数学模型展开分析，并研究了基于反电动势过零点检测的无位置传感器控制方法； （2）针对换相过程中关断相续流导致的端电压波形畸变以及检测到的反电动势过零不准确的问题，首先阐述续流产生的原因，从换相期间电流表达式的分析中得到一种改变电机绕组通电方式可缩短换相续流的方法；同时对反电动势检测电路输出信号采取分时分段的采样策略，从而最大程度上消除换相续流事件的影响； （3）对电机启动问题展开研究，从实现难易程度、硬件要求和可靠性方面的综合考虑，最终选择三段式启动法。对预定位阶段定子绕组施加电压大小与通电时间、外同步加速阶段PWM调制信号占空比与软件延时换相频率、加速阶段向自控运行阶段切换条件等问题进行详细说明； （4）完成以STM32F103C8T6为微处理器的硬件电路设计，主要包含：电源电路、STM32F103C8T6外围电路、全桥逆变电路及其驱动电路、反电动势零点检测电路、辅助电路； （5）以硬件电路为载体，在IAR开发环境下完成控制系统软件设计，并详细介绍系统中关键技术的软件实现过程。 最后，通过软件调试和装车测试证明了本文论述方法的可行性，并在带载的条件下能正常运行。

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 无刷直流电机发展概况

1.3 无刷直流电机控制方式

1.4 无刷直流电机无位置传感器控制技术

1.5 无刷直流电机无位置传感器启动方法

1.6 论文研究内容

第二章 无刷直流电机无位置传感器控制理论

2.1 无刷直流电机工作原理

2.2 无刷直流电机数学模型

2.3 反电动势法过零点检测原理

2.4 电机换相时关断相续流对系统的影响

2.5 缩短关断相续流时间的方法

2.6 无位置传感器电机启动

2.7 本章小结

第三章 无刷直流电机无位置传感器控制系统硬件电路

3.1 无刷直流电机控制器整体硬件结构框图

3.2 微处理器及其外围电路

3.3 电源电路

3.4 三相逆变桥电路及驱动电路

3.5 直流母线电流采样及过流保护电路

3.6 反电动势过零点检测电路

3.7 其他辅助电路

3.8 本章小结

第四章 无刷直流电机无位置传感器控制系统软件实现

4.1 STM32开发环境介绍

4.2 软件实现总体方案

4.3 本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1 实验平台搭建

5.2 实验波形分析

5.3 装车调试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果