轴向磁场无刷直流电机及其控制器的研究

摘要

永磁无刷直流电动机在驱动领域得到了越来越广泛的应用。与其他驱动电机相比较，永磁电动机具有高效率、高功率密度、高可靠性和良好的控制特性，受到人们的普遍关注。近年来，随着数控机床、工业机器人、机械手、计算机及其外围设备等高科技产品的兴起及特殊应用（如雷达、卫星天线等跟踪系统的需要），对伺服驱动电机提出了更高的性能指标和薄型安装结构的要求。目前，轴向磁场无刷直流电动机在国内外得到了迅速的发展，作为一种现代高性能伺服电机和大转矩直接驱动电机，己广泛应用于机器人等机电一体化产品中，并开始局部地取代传统伺服电机产品。
　　 本文研究了轴向磁场无刷直流电机的电磁设计及其控制器的设计。首先综述了轴向磁场无刷直流电机设计方法，用场路结合的方法设计电机，利用Ansoft对电机的电磁场进行分析。在此基础上，分析不同参数对轴向磁场无刷直流电机磁场的影响，对电机样机进行了优化和样机试制。其次，对轴向磁场无刷直流电机控制器的硬件设计进行了大量的研究工作。设计了基于C8051F310单片机和IPM模块的轴向磁场无刷直流电机控制器的硬件电路，文中重点对IPM的自举电路和过流保护电路、上电缓冲电路和缓冲驱动电路等做了详细的介绍，并通过试验数据和波形验证了电路设计的正确性。最后介绍了轴向磁场无刷直流电机控制器的软件设计。重点介绍了PID调节器的设计、软件滤波和电子制动等功能。并在软硬件设计的基础上进行了驱动系统调试，取得了初步试验结果，为后续的研发工作奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外现状和发展趋势

1.3 轴向磁场无刷直流电机分类

1.4 课题来源

1.5 本论文主要研究的内容及组织结构

2.轴向磁场电机设计及其优化

2.1 磁路法计算电机主要尺寸计算

2.2 电机电磁场有限元分析概述

2.3 轴向磁场无刷直流电动机磁场的有限元分析

2.3.1 有限元分析的软件Ansoft

2.3.2 轴向磁场无刷直流电机有限元分析

2.4 轴向磁场无刷直流电机的优化设计及样机试制

2.4.1 轴向磁场无刷直流电机负载仿真

2.4.2 气隙磁密的优化设计

2.5 轴向磁场无刷直流电机三维有限元分析

3.轴向磁场无刷直流电动机系统硬件设计

3.1 控制器系统构成

3.1.1 主电路

3.2 IPM电路设计

3.3 IPM集成驱动电路自举电路

3.4 IPM过流保护电路

3.5 缓冲驱动电路

3.6 上电缓冲电路

4.系统软件设计

4.1 软件整体结构

4.2 调节器设计

4.2.1 数字PID算法

4.2.2 积分饱和的防止

4.2.3 死区设置

4.3 控制系统的测速方法

4.4 软件抗干扰及数字滤波

4.4.1 软件抗干扰

4.4.2 数字滤波

4.5 电子制动模块

4.6 试验情况

4.6.1 起动实验

4.6.2 电机运行测试波形

4.6.3 制动试验

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文和参加科研项目情况

附件：外观照片

致 谢