无刷直流电机无位置传感器控制研究

摘要

无刷直流电机(Brushless DC Motoer,BLDCM)因其结构简单、控制方便、高效经济在国民经济各个领域得到了广泛的应用。位置传感器的存在增加了系统成本,同时限制了在恶劣环境下的应用。无刷直流电机无位置传感器控制一直是本领域的热点,本文对嵌入式和表贴式两种结构的永磁无刷直流电机的无位置传感器控制进行了深入研究。
　　介绍了无刷直流电机的发展历程以及无位置传感器控制技术的发展现状,对不同的控制方法的特点进行了分析。介绍了无刷直流电机控制系统的结构构成、运行原理、数学模型,搭建了无刷直流电机无位置传感器控制仿真模型,搭建了硬件实验平台,编写了控制程序。
　　对于嵌入式永磁无刷直流电机,利用其绕组电感随转子位置变化的凸极效应,分析了在加入PWM检测脉冲时,非导通相绕组在PWM调制导通和续流期间端电压采样值差值的变化规律,利用该变化规律结合电机定子铁芯的饱和效应推导出了精确到30°电角度的无刷直流电机零速初始位置检测方法。在电机运行时提出了基于电压位置检测信号换相阈值的位置检测方法并针对该方法在满占空比时失效的固有缺点采取了改进方法,实现了从静止到额定转速的全速度范围的闭环运行。
　　对于表贴式永磁无刷直流电机,针对传统反电势检测方法缺点,在PWM_ON_PWM调制方式下推导了将三相端电压进行简单的运算处理后的合成电压的表达式,提出利用该合成电压所含的反电势信息可以直接进行位置检测,并与已有的在线电压差值信号中提取反电势信息进行位置检测的方法比较,结合两种方法的优点在不同速度范围切换不同的检测方法,拓宽了速度检测范围。相比于传统的反电势法,没有滤波电路带来的相移的问题,消除了非导通相续流。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 无刷直流电机无位置传感器控制的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 无刷直流电机基本理论

2．1 无刷直流电机控制系统组成

2．2 无刷直流电机运行原理

2．3 无刷直流电机数学模型

2．4 本章小结

第三章 基于电感变化特性的全速度范围位置检测方法

3．1 引言

3．2 基于转子凸极效应的电压位置检测信号分析

3．3 转子初始位置检测原理

3．4 基于电压位置检测信号换相阈值的电机运行时转子位置检测原理

3．5 满占空比运行时的转子位置检测

3．6 基于电感变化的全速度范围转子位置复合检测方法

3．7 仿真结果与分析

3．7．1 初始位置检测仿真

3．7．2 电机运行时仿真

3．8 实验验证与分析

3．8．1 实验平台简介

3．8．2 实验结果与分析

3．9 本章小结

第四章 基于PWM_ON_PWM调制的无传感器控制方法

4．1 引言

4．2 传统反电势无位置传感器过零检测原理

4．3 常用PWM调制方式

4．4 PWM_ON_PWM调制方式下转子位置检测方法

4．4．1 基于线电压差的反电动势信号提取方法

4．4．2 基于合成电压的新型反电动势提取方法

4．4．3 PWM_ON_PWM调制下新型转子位置检测方法

4．5 实验结果与分析

4．5．1 反电势提取电路

4．5．2 新型转子位置检测方法的实现原理

4．5．3 实验结果与分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

作者简介