无位置传感器无刷直流电机直接转矩控制

摘要

与其他电机相比，无刷直流电机具有结构简单、出力大和效率高等优点，因此被广泛应用于各个领域当中。但是由于位置传感器增加了无刷直流电机的体积，且在高温环境下影响检测的效果，因此无位置传感器技术是目前研究的重点。同时，传统直接转矩控制技术应用在无刷直流电机中，依然存在转矩脉动的问题，因此转矩脉动的抑制也是当前研究的重点。
　　首先，通过无刷直流电机的基本结构，对电机的工作原理、数学模型、传递函数以及特性曲线进行了分析。针对现有无位置传感器技术所存在的缺点，研究出一种基于线间电压差值法的无位置传感器技术来检测反电势过零点信号。同时无刷直流电机在启动阶段无法检测到反电势信号，使电机难以启动，通过研究三段式启动方法来解决无刷直流电机启动困难的问题。并在Matlab/Simulink中搭建无位置传感器无刷直流电机的仿真模型，仿真结果表明线间电压差值法和三段式启动方法的正确性。
　　其次，由于传统直接转矩控制中磁链观测环节存在计算复杂的问题。根据无刷直流电机的特点，在忽略磁链观测环节的情况下，研究电压矢量和转矩的关系，并根据两者的关系得到最优电压矢量开关表。针对传统直接转矩控制依然存在转矩脉动的问题，研究出基于最优占空比的直接转矩控制技术，该方法通过调节最优电压矢量在一个采样周期的占空比，零电压矢量作用于采样周期的剩余时间，从而达到减小转矩脉动的目的。并在Matlab/Simulink中搭建无刷直流电机直接转矩控制的仿真模型，通过对比传统直接转矩控制和改进后直接转矩控制的仿真波形，其结果表明基于最优占空比的直接转矩控制技术能够更好的减小转矩脉动。
　　最后，以TMS320F28335为主控系统设计了无刷直流电机的硬件系统和软件程序。并对实验波形进行分析，其结果验证了本文所提控制策略的正确性。

目录

声明

致谢

变量注解表

1 绪论

1.1 无刷直流电机的发展与应用(Development and application of Brushless DC motor)

1.2 课题研究背景及意义(Research background and significance)

1.3 直接转矩控制的发展(Development of Direct Torque Control)

1.4 国内外研究现状(Research status at home and abroad)

1.5 本文研究的主要内容(Research content in this paper)

2 无刷直流电机的组成及工作原理

2.1 无刷直流电机(Brushless DC motor)

2.2 无刷直流电机工作原理(The working principle of Brushless DC motor)

2.3 无刷直流电机数学模型(The mathematical model of Brushless DC motor)

2.4 无刷直流电机传递函数(The transfer function of Brushless DC motor)

2.5 无刷直流电机特性分析(The characteristic analysis of Brushless DC motor)

2.6 无刷直流电机本体仿真模型(The simulation model of Brushless DC motor)

2.7 本章总结(Summary of this chapter)

3 无刷直流电机无位置传感器及启动技术

3.1 双闭环控制系统(Double closed loop control system)

3.2 无刷直流电机无位置传感器技术(The Sensorless technology of Brushless DC motor)

3.3无刷直流电机启动方法(The starting method of Brushless DC motor)

3.4 无刷直流电机的PWM调制方法(The PWM modulation method of Brushless DC motor)

3.5 无刷直流电机无位置传感器及启动技术的仿真(Simulation of Brushless DC motor Sensorless and starting technology)

3.6 本章总结(Summary of this chapter)

4 无位置传感器无刷直流电机直接转矩控制技术

4.1 直接转矩控制原理(The theory of Direct Torque Control)

4.2 最优电压矢量直接转矩控制(The Direct Torque Control of optimal voltage vector)

4.3 改进型直接转矩控制(Improved Direct Torque Control)

4.4 系统仿真及结果分析(System simulation and result analysis)

4.5 本章总结(Summary of this chapter)

5 系统设计及实验结果分析

5.1 系统硬件设计(The hardware design of the system)

5.2 系统软件设计(The software design of system)

5.3 实验结果分析(Analysis of experimental results)

5.4 本章总结(Summary of this chapter)

6总结与展望

参考文献

作者简历

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