无位置传感器无刷直流电机速度控制系统研究

摘要

无刷直流电机一般是利用位置传感器来获得转子位置信号进而控制电机换相的，但这种控制方式存在稳定性差、易受工作环境影响等诸多弊端，其使用受到一定的限制，而采用无位置传感器控制技术就可以解决这些问题，因此，本文对于无位置传感器控制的无刷直流电机速度控制系统进行研究。具体包括以下的研究内容：
　　本文首先对研究背景与意义做了简单介绍，之后论述了无刷直流电机几年来的发展概况，对有位置传感器和无位置传感器两种控制方式做了详细介绍和对比，分析了目前的转子位置检测法，并对无刷直流电机的基本知识包括工作原理、结构、数学模型和调速方法进行了学习研究。其次，确定了控制系统的总体方案：确认系统控制策略为速度和电流双闭环控制；选择DSPTMS320F2812芯片作为本系统的主控芯片；介绍了反电势叠加法和反电势过零法相结合的转子位置检测法的原理和换相逻辑；分别介绍了传统PID控制算法、数字PID算法以及新型PID算法的原理，对比了三种算法的优缺点，确定数字PI算法作为控制算法；选择三段式启动。第三，选用MATLAB软件中的Simulink仿真平台，建立了无位置传感器和有位置传感器两种控制方式的无刷直流电机控制系统的仿真模型，介绍了各模块的建立过程，并对所选系统方案进行仿真。最后，根据控制系统性能要求，以系统总体方案为依据，对控制系统硬件实验平台进行设计，主要包括主电路、转子位置检测电路、电压电流采样电路以及隔离电路等；以C语言来编写软件程序，按照各模块的功能对系统软件部分进行设计，主要包括主程序、子程序和中断服务子程序等部分。

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第一章 绪论

1.1课题选择的背景与意义

1.2无刷直流电机的发展概况

1.3无刷直流电机的控制方式

1.4本文研究内容的结构与安排

第二章 无刷直流电机的基本结构和数学模型

2.1无刷直流电机的结构

2.2无刷直流电机的工作原理

2.3无刷直流电机的数学模型

2.4无刷直流电机的调速原理

2.5本章小结

第三章 无位置传感器无刷直流电机控制系统总体方案设计

3.1控制策略的选择

3.2主控制单元选择

3.3转子位置检测方案

3.4启动问题

3.5控制算法的选择

3.6本章小结

第四章 两种控制方式下的无刷直流电机控制系统仿真研究

4.1无位置传感器控制系统仿真模型的建立

4.2有位置传感器控制系统仿真模型的建立

4.3仿真结果和分析

4.4本章小结

第五章 无位置传感器无刷直流电机控制系统硬件设计

5.1控制系统硬件电路概述

5.2主电路

5.3转子位置检测电路

5.4电压电流采样电路

5.5驱动隔离电路

5.6本章小结

第六章 无位置传感器无刷直流电机控制系统软件设计

6.1DSP开发环境

6.2程序总体设计结构

6.3主程序

6.4子程序

6.5中断子程序

6.6本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢