抽油烟机无刷直流电机无传感控制器设计与研究

摘要

随着当前经济、科技的快速发展以及城镇化建设步伐的不断推进，越来越多的抽油烟机走进人们的厨房。它能够即刻排出烹饪中产生的有害气体，避免了对室内空气的污染。鉴于抽油烟机使用的环境，这就要求它在工作时噪音小、效率高以及安装的空间尽量小。作为抽油烟机的动力部件，电机的选型与控制对其工作有重要影响。近年来，无刷直流电机以其特有的优点，逐渐被人们所青睐。但由于使用传统的方波驱动方式存在的转矩脉动大、噪音高、调速性能差、功效低等问题，所以，本文以抽烟机为对象，以无刷直流电机为执行设备，研究了无传感转子位置检测方法与驱动控制策略，研制了驱动控制装置，并给出了实验结果。本文中完成的主要工作内容如下:
　　(1)综述了抽油烟机研究背景，介绍了国内外学者在抽油烟机方面最新研究成果与关注方向，探讨了电机的矢量控制方法，分析了与方波控制方式的根本区别以及高效控制的原因，并结合抽油烟机的实际需求，确定了控制系统总体架构方案。
　　(2)介绍了无刷直流电机的结构及其工作原理，建立了静态与动态数学模型并进行了MATLAB仿真，对比分析了几种无传感器位置检测方案，针对有传感矢量控制系统中，由于电机的加速或者减速导致霍尔传感器估计转子位置出现偏差问题，本文提出转子角度渐变解决方案，避免了换相时出现抖振现象。
　　(3)鉴于研究对象所使用环境的特殊性，存在逆风启动以及负载变化的可能，采用传统启动法往往会发生抖动或启动失败，因此，本文提出了可变电感法，它能在启动之前得到转子的大致位置信息，保证电机能正常启动。
　　(4)设计了基于STM32f103RB无刷直流电机控制系统，完成了电源模块、逆变驱动模块、硬件保护模块、按键通信及其他外部接口模块的设计，编写了有传感方波控制、有传感矢量控制和无传感矢量控制等应用软件，研制了控制器样机，开展了实验研究。实验结果表明，所研制的驱动控制策略使得电机转矩脉动小，噪声低，能够满足抽油烟机对驱动系统的要求，从而验证了本文方法的可行性和有效性。

目录

声明

摘要

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究情况综述

1．2．1 国外研究情况综述

1．2．2 国内研究情况综述

1．3 本文研究的主要内容

1．4 论文结构

第2章 无刷直流电机的工作原理与数学模型

2．1 无刷直流电机的结构与工作原理

2．1．1 无刷直流电机的基本结构

2．1．2 无刷直流电机的工作原理

2．2 无刷直流电机的数学模型

2．2．1 无刷直流电机静态数学模型

2．2．2 无刷直流电机动态数学模型

2．3 本章小结

第3章 无刷直流电机的矢量控制与MATLAB仿真

3．1 空间矢量调制技术

3．1．1 空间矢量调制原理

3．1．2 空间矢量调制算法

3．2 无刷直流电机转子位置的获取

3．2．1 电机传感器分类与工作原理

3．2．2 无位置传感器的转子检测方法

3．3 无刷直流电机的启动方法研究

3．4 无刷直流电机矢量控制系统的MATLAB仿真

3．4．1 SVPWM仿真模块

3．4．2 坐标转换模块

3．4．3 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第4章 电机控制硬件设计与软件实现

4．1 控制系统硬件设计

4．1．1 电源部分电路设计

4．1．2 功率器件及其驱动电路

4．1．3 相电流检测电路

4．1．4 故障保护电路

4．1．5 主控芯片及周边电路

4．2 系统软件设计

4．3 本章小结

5．1 实验结果与分析

5．2 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果