基于IRMCF171的医用离心机优化控制系统的研究与设计

摘要

医用离心机是通过高速的离心作用对混合物质进行分离、浓缩和提纯的电机设备，被广泛用于医疗器械、生物医学研究等领域。本文针对的是血液制品类的分离提纯，这类物质的提纯不必超高速，但要求抗干扰性强、过程平滑高效，这样提纯的物质才会达到相关标准。因此，对离心机离心的物质优化控制的研究很重要。目前，医用离心机存在一些缺点：一是驱动电机的抗干扰能力偏弱和消除振动的技术还不成熟，离心物质的质量会影响电机的稳态运行；二是在全速度范围内的运行状态还达不到平滑稳态运行，需要系统高精度高品质控制，以确保离心后的物质达到设计要求。
　　本文构建了基于id=0控制的永磁同步电机矢量控制系统，该方法控制过程简便，不但可以对电机的转子磁通与定子电流进行解耦控制，而且永磁同步电机具备体积小、运行可靠、效率高、维护方便等特点，适用于系统高精度、宽范围以及高动态性能控制。除此之外，为避免使用位置传感器时带来的一些缺点，并节约生产成本，采用了无位置传感器的控制技术，并加入脉振高频电压注入法和滑模观测器法这两种算法，以得出电机的转子位置信息。本文采用混合控制法，利用它们各自的优点把两种方法结合起来，当电机零速和低速运行时采取脉振高频电压注入法，通过高频信号的层层滤波和解耦，来获取转子位置检测；而当电机高速运行时采取滑模观测器，针对过程中出现的抖振现象，可以利用饱和函数来抑制抖振现象，保证电机良好的动态性。它们的结合可以达到系统最优控制的目的。在硬件设计方面，本文采用了IR公司专门为无位置传感器控制而设计的处理器IRMCF171。这是一款基于纯硬件电路的电机闭环控制ASIC芯片，它集成了电机运动控制引擎 MCE和8051内核，内部包含多种控制算法模块，尤其是无位置传感器控制模块，很适合应用于本文的硬件电路设计。
　　在MATLAB/Simulink环境中对这两种方法的混合模型进行了仿真分析，结果表明，混合控制法可以全速度范围内平稳运行，不仅能够避免脉振高频电压注入法在电机高速运行时出现相位偏差的问题，而且能有效克服在电机低速运行时滑模观测器出现精度变差的问题。

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外发展现状

1.3无位置传感器技术

1.4论文研究内容

第二章 永磁同步电机矢量控制

2.1 PMSM数学模型

2.2 PMSM矢量控制

2.3 SVPWM调制技术

2.4 本章小结

第三章 PMSM混合控制策略分析

3.1 转子位置检测技术

3.2 PMSM高频注入法

3.3 PMSM滑模观测器

3.4混合控制方案的设计

3.5本章小结

第四章 系统硬件设计

4.1 IRMCF171介绍

4.2主要电路设计

4.3本章小结

第五章 系统仿真分析

5.1低速段系统仿真

5.2中高速段系统仿真

5.3混合控制法系统仿真

5.4本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢