用于便携式呼吸机的无位置传感器无刷直流电机控制系统

摘要

随着人们生活水平的提高，肥胖逐渐成为一种社会疾病，肥胖容易使人患上阻塞性睡眠呼吸暂停综合症，严重影响生活质量，严重时甚至危及生命。研制性能良好低成本的呼吸机有很好的实际意义。本论文论述了一种基于dsPIC30F3010控制器及无刷直流电机(BrushlessDirectCurrentMotor，简称BLDCM)的呼吸机控制器，实现了反电势法无位置传感器无刷直流电机的运行控制。 论文从基本电磁定律出发，分析了无刷直流电动机结构和工作原理，建立了无刷直流电动机的数学模型，在此基础上详细分析了“反电势法”无刷直流电机控制原理，深入研究了三种反电势过零检测方法，并对检测电路移相产生的转子位置误差进行了分析，给出了补偿方法。 对无刷直流电动机无位置传感器控制中的关键问题——起动方法进行研究，介绍了“反电势法”无刷直流电机控制常用的起动方法，深入讨论了“三段式”起动技术。针对传统“三段式”起动的缺点，论文提出了一种新的外同步到自同步的切换方式。 综合上述，本系统以dsPIC30F3010单片机为控制器，设计了“反电势法”无刷直流电机无位置传感器控制系统的硬件电路，详细介绍了电路各个组成部分的工作原理，同时介绍了控制系统中采用的硬件抗干扰措施。结合dsPIC30F3010的特点，充分利用其片内的资源，设计了系统的软件。实验结果表明系统能够控制电机顺利起动，而且实现了电机正确的换相和稳定的运行。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文背景

1.1.1引言

1.1.2呼吸机简介及其要求

1.2无刷直流电机概述

1.2.1无刷直流电机及其国内外发展历史

1.2.2不同电机的性能比较

1.3无刷直流电机的控制方法

1.3.1有位置传感器控制方式

1.3.2无位置传感器控制方式

1.3.3有位置传感器与无位置传感器电机控制方法比较

1.4无刷直流电机控制器[17、18、19、20]

1.5本文的主要工作

第二章 无刷直流电机结构及工作原理

2.1无刷直流电机的结构[3]

2.2无刷直流电机的运行原理[3、22、23、24]

2.2.1无刷直流电机的绕组连接方式和导通方式

2.2.2无刷直流电机的导通方式[3、22]

2.2.3无刷直流电机运行原理[3、22]

2.3无刷直流电机的等效电路图和数学模型

2.4无刷直流电机的静态性能和调速方式

2.4.1无刷直流电机的静态性能

2.4.2无刷直流电机的调速方式

2.4.3不同PWM调制方式及其对转矩脉动的影响

第三章反电动势过零位置检测原理及电机起动

3.1最佳换相逻辑

3.2反电势过零位置检测原理

3.3反电势检测方法

3.3.1相电压测量法

3.3.2端电压检测法[32]

3.4高频干扰及抗干扰方法

3.4.1高频干扰信号及其影响

3.4.2抗干扰方法

3.5滤波相移的影响及消除方法

3.5.1低通滤波引入的相移误差

3.5.2相移误差的消除

3.6绕组换相时感应电动势的影响

3.7反电势过零法无位置传感器无刷直流电机起动方式

3.7.1常见的起动方式

3.7.2三段式起动方式

第四章控制系统硬件电路设计

4.1呼吸机系统简介

4.2控制芯片简介

4.3供电电路

4.4逆变电路及其驱动电路

4.5反电势检测电路

4.6电流检测电路及过电流保护电路

4.7欠压保护电路

4.8按键输入电路

第五章控制系统软件设计

5.1 dsPIC30F的开发调试环境

5.2功能要求及状态转换

5.3程序框架结构

5.3.1主程序流程图

5.3.2子程序

5.3.3中断程序

第六章实验结果及总结

6.1实验结果

6.2总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致 谢