无刷直流电动机无位置传感器控制方法的研究

水下机器人推进动力系统正由有刷推进电机系统向无刷推进电机系统进行过渡,水下机器人对于推进电机系统的高可靠性有很高的要求,研究无刷电机系统的可靠性具有重要意义。在无刷直流电机的控制中,转子位置检测是至关重要的。而在传统的无刷直流电机中由于使用位置传感器的弊病日益明显。为了更好在工业领域中应用,无位置传感器无刷直流电机被提出,并进行了广泛、深入的研究。本文就目前所研究遇到的问题,进行了相关的研究和探讨。 本文在分析无刷直流电机数学模型的基础上,提出了无刷直流电机系统仿真建模的新思路:在Matlab/Simulink中,建立独立的功能模块,再进行功能模块的有机整合,搭建无刷直流电机系统的仿真模型。为保证仿真快速性和有效性,模型采用分段线性法生成梯形波反电动势,系统采用双闭环控制:速度环采用PI控制,电流环采用滞环电流控制。仿真结果证实了该建模思路的有效性。同时,该仿真模型也适用于验证其他控制算法的合理性,为实际电机控制系统的设计和调试提供了新思路。 在无刷直流电动机无位置传感器控制中,反电动势过零检测法是目前转子位置检测方法中技术最成熟应用最广泛的转子位置检测方法之一,但是这种方法也存在各种缺点,这会给电机的运行带来许多不良影响。本文分析了反电动势过零检测法的原理,同时找出了反电动势过零检测法产生转子位置误差的原因,对传统的反电动势过零检测法做了改进,并且提出了相应的补偿方法。 最后,从理论上推导了新的改进方法,并利用一个新的物理概念——与速度无关的位置函数,其能高精度检测出转子位置和换相点,以此来控制无刷直流电机,实现电机从零转速到高转速的宽速度范围调节,在此基础上研究了应用这种新的位置函数的控制策略。并基于Matlab/simulink对其进行建模仿真,观察其动、静态特性,并对结果进行了讨论,以证明其理论的可行性和合理性。