基于无位置传感器的无刷直流电机控制系统的研究

直流电机因其调速灵活结构简单在工业领域得到广泛的应用,但传统的直流电机因存在电刷和换向器,在使用的过程中摩擦产生火花和噪音,同时也会导致电机的使用寿命大大减短,因此无刷直流电机成为人们的研究热点。随着新型永磁材料出现和电力电子技术的发展,无刷直流电机得以迅速发展,并在各个领域得到广泛的应用,电机的无位置传感器控制更是成为更经济更方便的发展趋势。鉴于此,本课题以TI公司的TMS320F2812控制芯片为核心,研究无刷直流电机的无位置传感器控制系统。 论文首先简单叙述了无刷直流电机的背景和意义,通过与其他电机比较突出反映了其优点,详细分析了无刷直流电机的工作原理和控制原理,建立了电机的数学模型。然后,在Matlab/Simulink中对无刷直流电机及其控制系统分别从有位置和无位置都进行了仿真研究。具体采用模块化建模的思想,将系统分为各个独立的功能模块,分别进行调试,保证每一个子模块正确无误,再逐步让子模块合并,不断的进行调试,直到将整个仿真系统调试成功,其次,对反电动势过零检测的方法进行重点探讨,在传统的延迟30°-a换相方法的基础上,针对其缺点,提出了延迟90°-α的换相方法对传统的换相方法加以改进。仿真结果表明,改进的方法在无刷直流电机无位置传感器双闭环PI控制系统的调试中得到了很好的效果。 在仿真工作的基础上,设计了控制系统硬件电路,重点包括驱动电路、信号检测电路、滤波电路、虚拟中性点过零检测电路。结合电机驱动要求和控制芯片特点,选定6N137隔离芯片设计了光耦隔离电路,选定IR21367驱动芯片设计了驱动电路,与此同时为保证驱动芯片的安全工作,设计了驱动电路的过压过流保护电路；由于转子位置信号检测电路是整个控制系统的关键部分,通过虚拟中性点过零检测实现了反电势过零点检测,进而实现了无位置传感器控制。 控制系统软件米用模块化编程思想,并在Code Composers Studio(CCS)软件编译环境下用C语言编写完成,并对整个控制系统进行反复调试,在不加电机电源的前提下对各硬件电路进行调试,直到驱动芯片输出正确的驱动信号波形。实验结果表明所设计的控制系统能够稳定运行。