电动机构用稀土永磁无刷直流电动机控制系统研究

摘要

该文着重研究了稀土永磁(REPM)无刷直流电动机(BLDCM)的高性能控制技术.在全面分析了稀土永磁无刷直流电动机的结构特点、工作原理、运行方式以及外部特性的基础上,通过系统建模和数字仿真分析,分别针对航空低压直流(LVDC)和高压直流(HVDC)两种电动机构用永磁无刷电动机,在小范围转速连续调节下的闭环稳速控制技术进行了详细理论研究,提出了利用转子位置传感器信号间接测量电机转速进行电机转速闭环稳速控制的策略.同时就两套无刷直流电动机控制器的硬件电路和软件程序问题进行了重点工程设计,采用了高性能的AT89C2051和AT89C51单片机作为微处理器,用数字软件技术对电机进行调速和转速闭环控制,使电机在一定范围内能够进行精确调速和速度稳定控制.通过优化设计、软硬件结合,实现了控制器小型化,提高了控制器可靠性,减小了体积与重量.永磁无刷直流电动机控制器样机的测试结果表明:电机转速可在要求范围内连续调节,在几乎三倍的额定转矩范围内,电机转速在设定值下可保持高于指标精度的稳定工作,控制器之间通用性强、散热可靠.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第一节无刷直流电动机的现状及发展趋势

1.1.1无刷直流电动机的发展历史

1.1.2无刷直流电动机的发展状况及研究方向

1.1.3无刷直流电动机的应用前景

第二节稀土永磁无刷直流电动机的控制技术

1.2.1位置传感器

1.2.2控制电路

1.2.3驱动方式

第三节本课题研究的主要内容

1.3.1 LVDC稀土永磁无刷电动机控制器技术性能指标

1.3.2 HVDC稀土永磁无刷电动机控制器技术性能指标

第二章LVDC无刷电动机总体方案分析与确定

第一节电机定子结构特点

第二节电机转子结构特点

第三节转子位置传感器的选择

第四节控制器总体方案确定

第三章LVDC控制系统硬件设计

第一节系统转速给定电路设计

第二节单片机控制系统电路设计电路

第三节功率驱动电路设计

第四节电机HALL信号和转速反馈

第五节电源电路设计

第六节功率主电路设计

第七节电源电压比较电路

第八节看门狗电路设计

第九节正、反转判断电路设计

第十节控制器硬件整体介绍

第四章LVDC系统软件设计

第一节软件总体构成

第二节主程序设计

第三节定时器/计数器程序及中断服务程序设计

4.3.1定时器/计数器0程序设计

4.3.2定时器/计数器1程序设计

第四节外部中断程序设计

4.4.1外部中断0程序设计

4.4.2外部中断1程序设计

第五章HVDC无刷电动机控制器设计

第一节控制系统硬件方案

5.1.1电机定子方案

5.1.2电机转子方案

5.1.3转子位置传感器方案

5.1.4电机控制器方案

第二节控制器系统硬件介绍

5.2.1微处理器设计

5.2.2转速给定电路设计

5.2.3驱动电路设计

5.2.4主功率电路设计

5.2.5检测电路设计

5.2.6保护电路设计

5.2.7电源变换电路设计

5.2.8显示电路设计

5.2.9驱动电路设计

5.2.10隔离电路设计

第三节系统软件介绍

5.3.1软件实现的功能

5.3.2主程序

第六章LVDC系统仿真

第一节 稀土永磁无刷直流电动机的基本公式

6.1.1电枢绕组的感应电势

6.1.2电枢电流

6.1.3电磁转矩

6.1.4转速计算

第二节系统静态仿真

第三节系统动态仿真

6.3.1无刷直流电动机动态数学模型

6.3.2 BLDCM电机模块

6.3.3 PWM功能模块

6.3.4换相逻辑模块

6.3.5转速测量模块

6.3.6转矩测量模块

6.3.7逆变器设计

6.3.8控制器中心设计

第七章LVDC样机实验及分析

第一节样机实验条件

第二节实验测试数据和波形

7.2.1测试状态

7.2.2测试结果

7.2.3试验测试波形图

第三节实验数据、波形分析

第四节仿真和实验结果比较

第五节结论

结束语

致谢

参考文献

西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明