无位置传感器永磁无刷直流电机控制系统的设计

永磁无刷直流电机具有结构简单、维护方便、运行效率高以及调速性能好等诸多优点，再加之近年来高性能的功率半导体器件、微处理器、逻辑电路等的不断出现，以及调速驱动控制方案的不断创新，为永磁无刷直流电机在国民生产和生活中的广泛应用奠定了坚实的基础。永磁无刷直流电机常常采用带位置传感器的方法进行控制，但在很多如高温、高压、潮湿等恶劣环境下位置传感器无法正常工作。所以，对永磁无刷直流电机进行无位置传感器控制具有重要意义。 本文首先对在五种不同单管PWM调制方式下，由于不导通相端电压与电机中性点电位不总是相同而使不导通相绕组中有电流续流情况发生进行了分析，只有在pwm_onpwm调制方式下，不导通相绕组中无续流产生。 其次，为了实现永磁无刷直流电机的正确换相，本课题采用了线反电动势过零法，即线反电动势的过零点就是电机的换相点，不需要相位延迟。根据所采用的pwm_onpwm调制方式对三相绕组间三个线反电动势的计算公式进行了简化，简化后的每个线反电动势计算公式中除了必要的电机参数外只包含一路线电压和一路相电流检测信号，计算简单。 再次，由于线电压和相电流检测信号中含有PWM高频噪声，需要进行滤波，对由此产生的相位延迟进行了修正并给出了具体的换相条件，使永磁无刷直流电机可以实现准确换相。 此外，对于永磁无刷直流电机在静止或低速运行时，不能使用线反电动势过零法来实现电机正确换相，本控制系统采用“三段式”起动方法来使电机开环起动，并具体给出了外同步加速方法以及自同步切换条件，使电机快速且平稳起动。 最后，本课题设计了一套以TMS320F2812数字信号处理器和PM50RLA120IPM智能功率模块为核心的无位置传感器永磁无刷直流电机控制系统，并对一台5.5kW的永磁无刷直流电机进行了试验验证。仿真与试验结果证明了本课题所应用的一系列控制策略的有效性，可以实现永磁无刷直流电机的正确换相与稳定运行。