无刷直流空心杯电机无位置传感器控制系统研究

摘要

空心杯电动机属于直流、永磁、伺服、微特电机，由于其具有突出的节能特性、灵敏方便的控制特性和稳定的运行特性，作为高效率的能量转换装置，代表了电动机的发展方向之一。随着空心杯电机在各个领域的广泛应用，其无位置传感器控制的优势越来越明显，但是空心杯电机独特的角形绕组结构，使其不能采用常规的星形绕组结构电机的无位置传感器控制策略。本文在详细分析空心杯电机结构特性和常用控制策略的基础上，提出了一种的新的控制方法，并通过仿真和实验验证了其正确性，其主要内容如下： 第一简要介绍了空心杯电机的结构特性，给出了电机的数学模型，并在此基础上，利用Matlab/Simulink软件建立了电机及控制系统的仿真模型。 第二通过分析角形绕组和星形绕组之间的相互关系，提出了一种新的基于反电势的换相规律，即反电势过零后60°换相，并将其与30°换相和90°换相做比较，得出电机在反电势过零后60°换相时输出的转矩最大，脉动最小，最后通过仿真和实验验证了这一控制策略的正确性。 第三针对空心杯电机的角形绕组结构，提出了一种的新的反电势检测方法，并为其设计了硬件检测电路，针对该检测电路造成的相移，给出了补偿方法。 第四介绍了无刷直流电机常用的起动方法，深入讨论了“三段式”起动技术，对“三段式”起动技术中转子定位、外同步加速和外同步到自同步的切换进行了详细分析，最后给出了空载起动和带载起动的转速波形和电流波形。 第五通过等效给出了空心杯电机的直流电机模型，并为其设计了电流环和速度环，最后介绍了双闭环的数字实现方法，给出了实验波形。结果证明本文所开发的控制系统具有较好的稳定性和动态响应特性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究背景及选题意义

1.2空心杯电机的结构特点

1.2.1 电枢无铁心

1.2.2绕组采用三角形接法

1.2.3存在轴向和径向间隙

1.2.4体积小，重量轻

1.3无刷直流空心杯电机无位置传感器的控制方式

1.3.1 反电动势过零检测法

1.3.2续流二极管检测法

1.3.3磁链计算法

1.4论文的工作内容

第2章空心杯电机的数学模型及双闭环设计

2.1引言

2.2空心杯电机的数学模型

2.2.1电压方程

2.2.2转矩方程

2.2.3动力学方程

2.2.4直流电动机模型

2.3双闭环调速系统的设计与分析

2.3.1电流环的设计

2.3.2速度环的设计

2.4小结

第3章空心杯电机的仿真平台开发

3.1引言

3.2 MATLAB／SIMULINK仿真工具简介

3.3空心杯电机控制系统仿真模型的建立

3.3.1空心杯电机的本体模块

3.3.2反电势模块

3.3.3电压模块

3.3.4转矩模块

3.3.5机械运动方程模块

3.3.6 PWM发生模块

3.3.7转速电流调节模块

3.3.8仿真结果

3.4小结

第4章无刷直流空心杯电机无位置传感器控制策略研究

4.1引言

4.2基于角形连接的空心杯电机的通电方式研究

4.2.1二二导通方式

4.2.2三三导通方式

4.3基于角型连接的无位置传感器控制策略研究

4.3.1基于反电势法的导通规律研究

4.3.2角形连接换相控制方案

4.4小结

第5章无刷直流空心杯电机无位置传感器控制系统硬件设计

5.1引言

5.2电机控制系统核心控制芯片

5.3转子位置检测电路的设计

5.4小结

第6章无刷直流空心杯电机无位置传感器控制系统软件开发

6.1引言

6.2起动子程序设计

6.3三段式起动

6.3.1转子定位

6.3.2外同步加速

6.3.3切换

6.4闭环调速程序设计

6.4.1速度检测

6.4.2电流检测

6.4.3数字调节器

6.4.4数字滞环

6.4小结

第7章实验结果与分析

7.1实验条件说明

7.2实验结果与分析

7.3小结

总结与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢