无刷直流电机无位置传感器数字控制系统研究

无刷直流电机利用电子换相代替机械换相,不但具有直流电机的调速性能,而且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛应用。采用无位置传感器控制技术,不但可以克服外置式位置传感器的诸多弊病,而且能进一步拓宽无刷直流电机的应用领域。目前,无刷直流电机无位置传感器控制已成为无刷直流电机控制技术的发展方向。 无刷直流电机由于采用永磁材料励磁,在提高效率和功率密度等优点的同时,还伴随着励磁不可调节的缺点。针对目前无刷直流电机控制系统研究的焦点:如何拓宽永磁无刷直流电机的调速范围,如何提高电流调节的精度和减小转矩脉动,如何实现对无刷直流电机的无位置传感器控制等问题,对无刷直流电机的无传感器控制原理进行了深入的研究。论文从无刷直流电机的基本组成环节、工作原理、运行特性以及传递函数开始,简述了使用位置传感器的各种控制方法和存在的弊端,详细介绍了无位置传感器控制的原理和方法,在此基础上,对转矩脉动产生的原因进行了分析,提出了抑制转矩脉动的方法,并对无刷直流电机的弱磁进行了定性的理论分析。 论文在分析和比较了各种无位置传感器检测技术后,选择使用反电动势过零检测法,针对在基速以下恒转矩运行,基速以上恒功率运行的要求。论文设计了基于DSPIC30F6010芯片的双模控制系统,并对控制系统的硬件和软件设计作了详细介绍。阐述了反电动势过零检测原理和算法以及该算法的软件实现,最后对软件开环换相起动策略、起动程序设计、实现过零检测的程序设计以及对如何避免相绕组去磁等问题做了详细探讨。 论文在分析了无刷直流电机原理和数学模型的基础上,构建了基于Matlab的无刷直流电机本体模型。且分别在Matlab/Simulink和Saber环境下搭建了无刷直流电机双闭环控制系统的仿真模型并对给定电机模型进行了仿真。最后,本论文对无位置传感器无刷直流电机控制系统的起动、运行以及相位超前实验结果进行了分析。 实验证明论文设计的无位置传感器无刷直流电机数字控制系统能良好的实现在基速以上恒转矩运行,基速以下恒功率运行的“双模控制”。