无刷直流电机控制系统的设计及仿真1.doc

毕业设计说明书 目目 录录 1 1 前言前言 .1 1 1.1 无刷直流电机的发展 .1 1.2 无刷直流电机的优越性 .1 1.3 无刷直流电机的应用 .2 1.4 无刷直流电机调速系统的研究现状和未来发展 .2 2 2 无刷直流电机的原理无刷直流电机的原理 .4 4 2.1 三相无刷直流电动机的基本组成 .4 2.2 无刷直流电机的基本工作过程 .5 2.3 无刷直流电动机本体 .6 2.3.1 电动机定子 .6 2.3.2 电动机转子 .7 2.3.3 有关电机本体设计的问题 .8 3 3 转子位置检测转子位置检测 .9 9 3.1 位置传感器检测法 .9 3.2 无位置传感器检测法 .10 4 4 系统方案设计系统方案设计 .1212 4.1 系统设计要求 .12 4.1.1 系统总体框架 .12 4.2 主电路供电方案选择 .12 4.3 无刷直流电机电子换相器 .14 4.3.1 三相半控电路 .14 4.3.2 三相全控电路 .15 4.4 无刷直流电机的基本方程 .16 4.5 逆变电路的选择 .19 4.6 基于 MC33035 的无刷直流电动机调速系统 .19 4.6.1 MC33035 无刷直流电动机控制芯片 .19 4.6.2 基于 MC33035 的无刷直流电动机调速系统设计.21 5 5 无刷直流电机调速系统的无刷直流电机调速系统的 MATLABMATLAB 仿真仿真 .2323 5.1 电源、逆变桥和无刷直流电机模型 .24 5.2 换相逻辑控制模块 .25 5.3 PWM 调制技术.30 5.3.1 等脉宽 PWM 法.32 5.3.2 SPWM(Sinusoidal PWM)法.32 5.4 控制器和控制电平转换及 PWM 发生环节设计 .32 5.5 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析 .34 5.5.1 起动，阶跃负载仿真 .34 5.5.2 可逆调速仿真 .36 6 6 总结和体会总结和体会 .3838 7 7 致谢致谢 .3939 8 8 参考文献参考文献 .4040 附录附录 1.1.英文文献及翻译英文文献及翻译 .4141 毕业设计说明书 中文翻译.41 英文原文.45 第 1 页 毕业设计说明书 1 1前言前言 直流无刷电机，无机械刷和换向器的直流电机，也被称为无换向器直流电动机。它取代了机械 电子换向器电刷和换向器直流电动机来实现，是一个标准的机械和机电一体化产品。不仅具有结构 简单，运行可靠，维修方便交流电机和一系列优点与直流有刷效率高，无励磁损耗和高速性能，以 及许多其他功能的发动机。 1.1无刷直流电机的发展无刷直流电机的发展 直流电动机由于其在运动控制领域的卓越扭矩特性已得到广泛应用，与传统的直流电动机和机 械毛刷，可靠性差的需要，减刑会产生电磁干扰，噪声，火花，无线电干扰和寿命短的致命弱点， 具有较高的生产成本和维修问题的严重影响，如联合直流电动机控制系统的进一步发展的弊端。随 着社会生产力，人民生活水平不断提高的发展，他们不断开发新类型的电机。科学技术的进步，新 兴技术和新材料，同时也进一步推动电动汽车将继续推出新产品。 对于传统的直流电机，只要 30 年早在 20 世纪的上述缺点，人们开始开发一个电子交流始终以 取代无刷直流电动机刷机，并提出相应数量的结果。但是，这只是高功率处于发展的初级阶段的电 子设备，没有找到理想的电子换向元件。使这个运动只能停留在实验室研究阶段，没有推广。 1955 年，美国四哈里森，谁首先提出了晶体管使用该电机接替该专利申请的机械换向器，这是现 代无刷直流电动机的原型。但是，因为没有马达的起动转矩，使其不能成为产品。后来，经过多年 的艰苦工作的人，终于由霍尔元件实现无刷直流电动机换意味着在 1962 年来，创造了直流无刷电 机产品的时代。自 20 世纪，电力电子行业快速发展的 70 年代，许多新的高功率高性能电力电子器 件，如 GTR 的，MOS 管，IGBT 的相继出现，特别是高性能永磁材料等作为钐钴的到来，使无刷直流 电动机，因而被广泛应用于更全面，更奠定了坚实的基础。近 40 年来，随着电动机本体及其相关 学科的迅速发展，无刷直流电动机的电子换向直流电动机概念，发展指的是所有的直流无刷电机与 电子交换子的外部特征。无刷直流到从 1978 年开始实时实际相电机，二十世纪是 80 岁进行了深入 的国际研究，先后开发无刷方波和正弦波无刷直流电机在十年的时间，直流电动机的发展更加迅速。 1.2无刷直流电机的优越性无刷直流电机的优越性 直流电动机具有快速响应，大起动转矩，从零速到额定转速，额定转矩可提供的性能，但直流 电机的优点也是它的缺点，因为 DC 额定负载机密生产性能不断转移的时刻，电枢与转子磁场须保 持恒定 90 度，这将用刷子和换向器。碳刷，换向器，继而引发电机，碳粉，所以除了元件造成损 害的，有限的场合使用。交流无碳刷及整流子，免维护，可靠，应用范围广，但直流电机马达的特 点，实现同等性能的必须使用复杂的控制得以实现。今天，功率半导体开关频率成分的快速发展， 加快了许多，提升驱动电机的性能。微处理器的速度也越来越快，使交流电机控制在一个旋转的两 轴直角坐标系放置，适当控制交流电机在两轴电流分量，类似于直流电动机控制和一个相当大的直 第 2 页 毕业设计说明书 流电动机性能。此外，已经有许多微处理器将控制电机必需的功能使芯片，体积越来越小，像模拟 /数字转换器，脉冲宽度调制。直流无刷电机电子换向控制交流电机，直流电机特性的直流电机相 似，身体上没有失踪的应用之一。 事实上，无刷直流电机有自己的缺点，包括成本高，难以控制的小型化的复杂性。在某些情况 下，这些缺点已成为障碍的无刷直流电动机的发展。目前，电子技术，控制技术和大规模生产技术 是生产技术的发展，逐步解决这些问题，因此，无刷直流电动机的性能和功能，有望进一步提高。 从市场的产品可以看到，最近一些制造商正在致力于开发高速，高性能的通用汽车，并提供绝对编 码器，防爆电机，以扩大产品种类。虽然无刷直流电动机提供了一批技术领先和广泛的应用范围， 但我们可以在所有应用程序，它是最佳的选择，应用程序或不应该谨慎选择。 1.3无刷直流电机的应用无刷直流电机的应用 现在，无刷直流电机应用扩大，如航空航天和军事领域的炮兵雷达，自动定位，船舶舵，飞机 自动驾驶仪，全自动控制应用等，范围，在信息处理设备，包括信息输入，存储，加工，输出，传 输和其他部门，时间越长，如微型计算机软盘驱动器，硬盘驱动器，光盘驱动器，复印机，打印机， 传真机等，在视听设备，录像机，录音机，摄像机使用，照相机，光碟，DVD 等，并在同一时间控 制其人民的性能要求也不断提高。今天，在各个领域，如医疗器械，纺织，化工，仪器仪表，电脑 驱动器及家电的日益广泛应用等诸多方面，国民经济的发展。就像电脑的硬盘驱动器和软盘驱动器 中的主轴电机，伺服电机在录音机，使用了大量的直流无刷电机。无刷直流电动机在工厂自动化设 备品种也广泛应用于高速或在伺服系统所需的设备和作为该地区的大部分产品已成为不可缺少的运 动的一部分。在许多应用中，它有望取代刷直流伺服电机。然而，由于直流有刷低生产成本，控制， 以及其他一些优良特性伺服电机，其需求将继续下去。 1.4无刷直流电机调速系统的研究现状和未来发展无刷直流电机调速系统的研究现状和未来发展 在国内和国外的直流无刷电机技术一般控制是比较成熟，而日本和更先进的制造直流无刷电机 及控制技术美国的所有者。特别是，日本已经变得更突出的民用和军事方面，美国是比较先进的。 无刷直流电机目前的研究重点主要在三个方面：1。无传感器控制技术的开发，提高系统可靠性， 降低了电机的体积和重量;2。由电机设计和控制方法，本文研究无刷直流电动机转矩脉动的扩大应 用，以增加其服务器范围;3。可靠性和紧凑的设计，集成的无刷直流电动机控制器的多功能性。 无传感器控制技术：传统的无刷直流电动机通过位置传感器直接检测转子位置。无传感器控制 容易获得，主要是通过电机的电压或电流信号经过一定的算法处理，得到转子位置信号，也被介绍 到转子位置检测方法而闻名。目前的检测方法是：电磁场，归纳法，熔盐法;续流二极管法观察员 估计，智能估计方法。电磁场被广泛使用的方法原理简单。随着传感器控制无刷直流电动机直接起 动普遍较为困难，所以一开始就一直是热点和难点。电磁场的无刷直流电动机转子位置检测启动三 阶段方法比较成熟，对从起动电机稳定运行方式可分为三个阶段：定子位置，加速度和切换。其他 第 3 页 毕业设计说明书 传感器控制的电机起动方法，如前位置开始，日益频繁和提高同步起动法检测和短脉冲转子定位和 法国，也有一定的应用。 无刷直流电动机控制器：无刷电机控制器，具有相似的发展已经从电器元件的分立元件到数字 可编程控制电路控制发展过程。在一般情况下，使用复杂的控制器设计，大，可靠性差，通用性分 立元器件，是不利于大规模生产。时间，当前的无刷直流电动机控制器，专用集成电路，FPGA 和 单片机，DSP 控制器方法的主要用途。电机控制专用集成电路，是目前较无刷直流摩托罗拉的 MC33035 电机是一种直流无刷电机控制芯片，MicroLinear 公司 ML4425/4428 传感器控制芯片等。 如果我们考虑到控制器的硬件和软件设计等功能以后，您可以使用控制器的设计与 FPGA，单片机， DSP 等。 FPGA 可以利用 VHDL，Verilog 或 C 语言编程，灵活性，可与在线系统的静态和动态重新 配置编程功能重复，使得硬件的功能可以编程为相同的软件修改，并且可以根据用户需求定义界面 功能。 MCU 和 DSP 有丰富的外设接口，微控制器通常用于简单电机控制系统中，而 DSP 为一个强 大的计算和数据处理能力，往往在智能电机控制系统。 关于这个问题的转矩脉动比较复杂，不属于本文的范围，所以没有更多的说明。 第 4 页 毕业设计说明书 2 2无刷直流电机的原理无刷直流电机的原理 2.1三相无刷直流电动机的基本组成三相无刷直流电动机的基本组成 直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分构成。其定子绕组 一般为多相（3 相、4 相、5 相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,）组成。下图所 示即为三相两极直流无刷电机结构： 图 2.1 三相两极直流无刷电机组成 三相定子绕组和电子开关电路，分别在相应的功率开关器件连接的 A，B，C 三相绕组与电源开 关用 V1，V2，V3 的阶段。跟踪转子位置传感器相连，电机轴。当一相电源定子绕组，转子电流和 所产生的扭矩作用的永久磁铁的两极磁场产生的驱动转子旋转，那么该位置传感器转子磁铁的位置 转换成电信号，以控制电子开关电路，使由一个特定的顺序交替定子绕组，定子相按一定顺序转子 换相位置的变化电流。由于电子开关电路的使用顺序同步与转子角度，起到了扭转机械换向器的作 用。 无刷直流电机线是用来控制电子开关电机各相序定子绕组和时间的力量，主要是由逻辑开关单 元，位置传感器信号处理单元两部分权力。权力的逻辑控制电路交换的单位是电源的核心，它的功 能是分配给每个阶段之间的逻辑关系电动机定子绕组，使电机产生的恒转矩。而每相绕组的顺序和 时间依赖于从转子位置传感器信号。不过，按位置传感器产生的信号经过一定的逻辑去控制电源开 关通过。总之，对直流无刷电机的主要部件组成，如图 2.2 所示。 第 5 页 毕业设计说明书 电机本体 无 刷 直 流 电 机 电子开关电路 位置传感器 主定子 主转子 传感定子 传感转子 功率逻辑开关 位置信号处理 图2.2 无刷直流电机的组成框图 总结告诉我们，通常称为无刷直流电机的基本结构，可以被看作是由电子开关，电机位置传感 器的身体和运动系统三部分组成的电路。简化的组成框图如图 2.3 所示。 直流电源开关电源电动机 位置传感器 图 2.3 无刷直流电机简化的组成原理框图 2.2无刷直流电机的基本工作过程无刷直流电机的基本工作过程 转子位置图 2.1 和图 2.4（一）对应的位置显示。此时光电子器件是因为 VP1 的光线，使 V1 的是功率晶体管导通状态，电流流入绕组机管局，转子磁极绕组与从转子的磁图三箭头极方向产生 转矩电流的作用，旋转。当转子磁极图 2.4（b）所示的位置，直接旋转式转子轴也跟着由同步遮 光板转动，病毒 VP1 和 VP2 的照射覆盖离开，这样，在晶体管 V1 和 V2 的铅晶体管通，从绕组的绕 组 BB 心跳过流入，机管局，使转子磁极旋转朝着箭头方向的电流。当转子磁极图 2.4（c）所示的 位置，然后旋转图案已经覆盖病毒 VP2，VP3 的是如此的照射下，在晶体管产生的 V2 和 V3 的导通 晶体管，在绕组 CC 的电流流过，然后继续以顺时针方向驱动转子磁极，并返回到图 2.4（d）职称。 因此，随着转子的旋转位置传感器芯片领域，在定子绕组位置传感器病毒 VP1，VP2 基因，下一个 阶段一个阶段的控制，美联储将在瞭望为了实现相绕组电流换向。在减刑过程中，每个阶段的工作 中内的空气旋转磁场形成的差距是定子绕组的飞跃。这旋转 360 度电角度磁场，磁场内有三个状态， 磁状态持续每个角度 120 度。每相绕组电流和转子磁场之间的关系如图 2.4。图 2.4（a）是第一个 状态，对于绕组机管局由人造纤维生产电力法。显然，转子绕组电流和磁场相互作用，转子顺时针 第 6 页 毕业设计说明书 方向旋转;转身 120 度电角度后，进入第二个状态，然后缠绕机管局的权力，和 BB以及电源，即 在定子产生的磁场蜿蜒 120 度的大转弯，如图 2.4 所示（b）所示，电机定子顺时针方向旋转;分 120 度电角度，我们进入第三国，然后缠绕 BB 的权力，CC 的电力，产生的磁场由定子绕组已转向 120 度电角度，如图 2.4（c）所示，它继续推动转子匝 120 后恢复到初始状态功率度顺时针角度。 图 2.5 显示了每个绕组的相图的顺序传导。 (a) (b) (c) (d) 图 2.4 开关顺序及定子磁场旋转示意图 图 2.5 各相绕组的导通示意图 2.3无刷直流电动机本体无刷直流电动机本体 2.3.12.3.1电动机定子电动机定子 无刷直流电动机通过定子是由许多硅层和轴向冲压，红槽都有一些绕组的线圈形式。从传统意 义上讲，无刷直流电动机定子感应电动机定子和有些类似，但在定子绕组分布有所不同。无刷直流 电动机的定子绕组有三种大多数行是明星，每个绕组和许多钢构件按照内部整合，具有一定的方式， 一个约一磁极偶数形成了定子绕组均匀分布。直流有刷与无刷直流比绕组在电机定子一侧传统电机， 更利于散热。 电枢绕组可直接连接或，如图 2.6 所示，但考虑到系统的性能和成本 获得更 多的应用，也没有中性点对称的三相无刷直流电动机的线索。 第 7 页 毕业设计说明书 图 2.6 绕组形式 无刷直流电动机定子绕组可分为梯形和正弦绕组两种，它们的根本区别在于不同的绕组连接以 使它们产生的反电动势（EMF）的不同，梯形和正弦波人出席，所以使用这个名字。梯形和正弦绕 组反电势产生由图 2.7 所示的波形。本文认为正弦永磁同步电机是电机绕组。 图 2.7 a) 梯形绕组的反电势波形 b)正弦绕组的反电势波形 可想而知顺利正弦波清盘它，并作为一个相对比较适合的梯形线圈数目稳定运行。然而，正弦 绕组线圈作出更多的梯子上的铜绕组线更相对的使用，以及控制方法也大大高于梯形波电机复杂。 因此，电机的运行速度非常高的精度不高的场合，梯形波无刷直流电动机这是一个非常合适的选择。 2.3.22.3.2电动机转子电动机转子 无刷直流电机转子与 N 极和围绕着的转子（内转子式）的组成根据 S 极交替 2-8 永久磁铁对， 如果外转子式永磁无刷直流电机是连接到转子墙壁上。当前转子钕铁硼永磁多采用高矫顽力，高剩 磁感应强度稀土永磁材料生产。永磁无刷直流电机转子刷直流电动机类似用磁石，创造了在电机气 隙磁场足够，只是在反安装的形式。转子结构，有三种常见形式： （1）表面胶极点（也称为 W 形磁极已知） ，在外面的瓦形稀土永磁径向磁化核心粘贴。如果电 机设计过程中采用径向瓦形磁体的磁激发弧宽度和取 120 多个，电度，可产生气隙磁通密度的方波 形式，减少了转矩脉动。多转子无刷直流电动机采用这种结构。 （2）嵌入式极点（也被称为矩形柱） ，是嵌在一个长方形的永久磁铁的核心，其优势是非常下， 从两极由邻居提供并行通量的聚合物可提供磁效应更大的流量，但这种结构需要进行一次磁化不锈 钢轴。 第 8 页 毕业设计说明书 （3）圆形磁场核心，是一个整体，外套稀土永磁环和一个多极径向磁化环形磁铁的特殊方法。 这种对转子制造工艺结构是相对较小的尺寸和电机功率简单。 2.3.32.3.3有关电机本体设计的问题有关电机本体设计的问题 定子和转子无刷直流电机本体的统称。车身结构和永磁同步电动机相似，但没有其他笼绕组和 起动装置，定子绕组一般制成多相，三相，四相没有相应的较自由以不超过一台电机，是比较少见;由 永磁转子，形成了极对若干人。 电动机本体的设计是一个非常复杂的过程，其基本任务是根据给定的等级和基本技术性能要求， 选择合适的材料，确定了电网电机零件尺寸，并计算其性能，以满足在材料的储蓄，制造方便，性 能良好的要求，获得更大的经济效益。本体设计了许多内容，包括电磁设计，结构设计，施工设计 和工艺设计。本文只对极的讨论，这背后的模拟有很大的影响数选择简要介绍。 极数的选择应考虑性能和经济指标。下图显示的两极，四极，八极和（p 值=1,2,4）在无刷直 流电机转子体结构图。 图 2.8 本体机构示意 一般在 P 极对数的增加，可以减少每极，定子轭和基地横截面积通量可以相应降低，从而减少 了电机铁量;终止定子绕组的一部分，将增加与减少极数，因此，相同的电流密度，降低绕组铜量; 的极点在定子绕组电感相应减少，数量增加有利于电子设备减刑。 此外，当极数的增加，制造过程的复杂性已经改变，极数的增加，考虑到漏磁不能过于极端， 极弧系数下降，使电机原材料的利用率下降;增加极数相同，速度，电子设备在减刑数量增加，从 而增加了减刑的损失。当电流密度为常数，铜消费在大多数年份定子绕组的数量增加。通用汽车与 极数增加了效率。因此，合理选择根据电机的极对的需要。 3 3转子位置检测转子位置检测 无刷直流电动机采用了传统结构的结构永磁同步电机直流电机代替，所以有必要逆变器和转子 位置检测装置的结构，以实现“换相”的过程。转子位置检测方法主要分为两类。 3.1位置传感器检测法位置传感器检测法 在位置传感器无刷直流电动机转子磁检测在剧中杆位，为逻辑开关电路提供关于减刑的作用正 确的信息，转子磁极位置信号转变为电信号会，然后到控制定子绕组换向。绕组换向。位置传感器 第 9 页 毕业设计说明书 的种类很多，目前常用的无刷直流磁位置传感器，光电传感器，磁位置传感器和旋转变压器的电动 机。 磁位置传感器是用于测量转子位置的电磁效应，也有开口变压器，铁磁谐振电路，接近开关电 路和其他类型。它具有产量大，环保要求等质量可靠，寿命长的优点，但更大的传感器，低信噪比， 而其用于交换，为整流器一般需要，使用前过滤器的输出波形。 光电位置传感器是利用光电效应在与阴影部分和固定源和其他组件的转子旋转，有绝对编码器 和增量编码器之分。它具有精度高，成本低，易加工等特点，而是有能力适应穷人需要添加整形电 路输出信号处理恶劣的环境。 磁位置传感器是半导体的一些电气参数的使用传感器按照一定的规则与周围磁场变化的原理制 成。霍尔元件，磁电阻和磁二极常见的类型。在一般情况下，环境适应性强，输出信号好，成本低， 但精度不高。 一般来说，在多相位电机控制用变压器，它可以输出多个位置信号，以满足多相位电机控制的 要求，但安装是不容易的，价格比较昂贵，平均三相无刷直流电机解析很少。霍尔传感器是基于霍 尔效应原理制成。霍尔效应是指当在一个磁场电源导体，磁场力使导体的电荷会引导身体方共同努 力，当通电时，薄板在磁场中的这种作用更加明显导体，从而使的聚集一侧的导线将抵消收费，磁 场效应，由于在指挥方收取的聚集，使得对导体两端电压，这种现象称为霍尔效应，霍尔在 1879 年发现的高血压这一现象，它被命名为。可根据对四端霍尔效应的半导体元件的原则。 2 组输出 霍尔电压输出，两个控制端的输入控制电流。霍尔的实际厚度很薄，无论是在它几微米。从大厅的 结构，它几乎是生产和半导体元件。目前，由霍尔元件的硅制造技术成熟，生产大批量，低价格， 性能合适，但不那么广泛的应用。砷化镓霍尔元件制成的最佳性能，但是高昂的价格限制了应用。 当在磁场的变化，大小和霍尔电动势的方向发生相应的变化，使反应发挥作用，霍尔传感器位 置的元素的位置。由霍尔元件产生的力不够大，往往在一个外部放大器，这是非常方便的应用。随 着半导体集成技术的发展，将霍尔元件和放大器电路往往集成在一个单芯片，形成了霍尔集成电路。 其结构如下所示。 第 10 页 毕业设计说明书 图 3.1 霍尔集成电路 这是一个简单的开环放大器驱动输出级。大厅的功能型，开关型线性集成电路分为二。一般位 置传感器无刷直流电动机应选择开关类型。 霍尔元件在电机的固定位置放置，霍尔元件安装在定子是更为复杂，因为如果不放置位置和转 子的磁场时，霍尔元件切线可能导致响应可以精确的测量当前位置不转子在上述原因，为了简化， 通常在转子上的磁铁设计，磁感应霍尔元件冗余，安装电机霍尔元件的安装，这样可以起到和转子 磁传感器同样的效果，一般遵循霍尔元件的周长在印刷电路板上放置和覆盖的监管，使用户可以根 据磁场的方向是很方便的调整霍尔元件的位置，它在最佳状态。在霍尔元件的位置，有 60 度，120 度，240 度等多种形式。 3.2无位置传感器检测法无位置传感器检测法 无位置传感器无刷直流电动机控制技术的热点，许多国内和国外都进行了这项研究的学者之一， 并已取得初步成效。无位置传感器无刷直流可靠性高，抗干扰能力强等，电机控制，同时模式中的 地位在一定程度上克服了转矩脉动传感器的安装所造成的误差。 无传感器控制的发展是因为有限额的位置传感器无刷直流应用程序，这主要体现在某些情况下 电机： （1）将感应器可能导致马达尺寸增大； （2）之间的电机及控制系统线位置传感器的增加，使系统容易受到外界的干扰； （3）位置在高温，高压和高湿度等恶劣的工作条件下，变化的灵敏度，降低了系统运行的可 靠性传感器； （4）精度高，机械安装阶段误差不准确造成了一个关于汽车性能有直接影响手术的安装位置 传感器。因此，传感器控制越来越多的关注，同时具有检测，控制技术和完善的高性能微控制器的 手段，无传感器控制技术得到了迅速发展，一些技术已经实用化。根据不同的原理测试，直流无刷 电机无传感器控制方法包括电磁场，磁法，归纳法，人工智能，头发等。 在无传感器控制方法多样，反电动势的方法是最成熟的技术，有能力的最广泛使用的检测方法。 通过这种方法得到将检测反电动势零六个离散信号的延迟信号，逻辑开关电路提供了正确的信息相 30 度电角度的转子位置，从而实现无位置传感器无刷直流电动机。无刷直流电动机的反电动势过 零点与相应的对易关系点，如图所示。 第 11 页 毕业设计说明书 图 3.2 反电动势控制原理 还有一个考虑：当电机转速较低时，反电动势会比较小，过零检测电路不能正常检测，因此很 难实现自启动马达造成的。确定转子无刷直流电机控制系统的初始位置是稳定的基础，开始对系统 的直接影响最大的起动转矩和最小启动时间。目前，无位置传感器控制算法，转子的估价方法主要 电感的初始位置。归纳法在通过特殊的短脉冲注入电压的定子绕组，然后在一定的时间间隔，以确 定各绕组之间的电感电流响应大小，初始位置之间的差异来确定电感电机。大量的永磁磁阻绕组电 感小，电感的计算方法来确定初始转子位置和大电流的精确测量的需要。另一个转子，由绕组通电 法特定项目的位置，电机转子固定在预定位置，这将转换一个未知的转子立场是众所周知的。转子 定位方法使用简单，但在整个启动过程中，未知前开始的转子初始位置，电机期间可能出现的反向 电流高，定位。防启动本方法电位控制方法有：三步启动法，预位起动法或频率升压同步起动法， 电压插 Start 方法。 无传感器控制方法可以简化生产成本的节约。此外，霍尔元件的移除，如汽车，都可以在比较 大的灰尘和油安装更恶劣的工作，而不需要确保大厅条件下正常工作时间来清除在同一时间，这免 维护电机也可安装在一个很难到达的地方。 第 12 页 毕业设计说明书 4 4系统方案设计系统方案设计 4.1系统设计要求系统设计要求 （1）通过可编程控制器，专用芯片和微处理器几种不同的分析和方案的性能比较控制，建立 了数字信号处理器 DSP 作为无刷直流伺服电机控制系统解决方案的核心集。 （2）从性能和实用性的角度，为核心的数字信号处理器，具有模块化和数字化设计，一个基 于 DSP 的无刷直流电动机控制系统的建立进行。 （3）扭矩的无刷直流电动机，位置检测，并开始从硬件和软件的问题，纹波了相应改善。 （4）在无刷直流电动机的结构，原理及数学模型分析的基础上，我们使用 Matlab 的无刷直流 电动机控制系统建模和仿真，仿真结果的分析。 4.1.14.1.1系统总体框架系统总体框架 该设计的目的是无位置传感器无刷直流电动机控制系统，该系统的工作原理如下：有效的反馈 对正常的反电动势检测电路的三相逆变器的转速信号通过 ADC 转换模块，测试信号输入微处理器的 速度，计算的结果进行比较，参考速度是速度误差信号，由控制器参考电流的速度获得，而从目前 的样本，通过控制电流控制器输出的 PWM 脉冲，相应的三相逆变器控制控制装置关闭桥的时间和顺 序，以实现无刷直流电动机速度和转矩控制。闭环控制系统采用双层结构，其框图如图 4.1 所示。 速度控制器电流控制器PWM 发生器三相逆变器 速度计算 位置控制 信 号 ADC 模块反电动势检测 BLD CM 电流采样 速度反馈 参考 电流 参考速度 图 4.1 无刷直流电机控制系统原理图 4.2主电路供电方案选择主电路供电方案选择 图 4.2 显示了电网电压一般为三相交流逆变桥直流电源设备通常是由交流电网驱动是由二极管 整流器和滤波大电容使用，以便获得一个恒定的直流电压，而电感性负载电容的无功功率的能量存 储缓冲区。 第 13 页 毕业设计说明书 图 4.2 直流电源设计原理图 图 4.3 三相桥式不控整流电路原理图 基于 PWM 变换器的滤波电容，其作用除了滤波，也有电机刹车时的运行系统中的作用动能吸收。 由二极管整流直流电源供应不能背面的电源，马达刹车已收取的滤波电容，这将增加电容两端的电 压，称为“泵升电压”。 电力电子设备限制了最大泵压电压上升，所以能不能非常小，通常的发电能力为速度控制系统， 需要成千上万的微几千瓦。在大容量或负荷较大的系统的惯性不能依靠泵电容来限制电压上升，那 么，在图 4.4 可以用于镇流电阻消耗的动能的一部分。由电压并联电路开关器件允许在泵的价值时， 连接上升。 图 4.4 泵升电压限制电路原理图 第 14 页 毕业设计说明书 由于这种设计，电路仿真，Simulink 在电力系统模型库（电气系统模块库）模型库的 MATLAB / Simulink 仿真平台，提供直流，交流电源模块的结果，因此模拟电路设计，直流电源，可直接 三个阶段中使用，而不是不可控整流的直流电源。 4.3无刷直流电机电子换相器无刷直流电机电子换相器 一般直流电动机，电枢绕组设备有一个到另一个分支类型，电流和电动势元素分公司必须改变 方向。绕组分力的方向转变，由蜿蜒的旋转电枢侧的组成要素依次切割定子磁极 N 极和 S 直接，蜿 蜒曲折，通过改变刷到设备和元件的方向改变当前整流器组成的机械（设备）来完成。 直流电压为的是有一些人存在的一般性缺点消除电机电子开发的，而不是机械的无刷直流电机 换相换向，基本上是由电动马达的身体，电源开关的主电路和转子磁极位置传感器由三部分组成的 闭环系统。在这里，被称为无刷直流电动机的基本制度。该电源开关电路，转子位置传感器及相关 电子电路的基本制度结合在一起的电机换向器。其主要职能是确保在操作过程中的无刷直流，定子 和转子磁场电机基本上正交既提高经营业绩。 位置传感器，电源开关已在上一节所述，所以这里只涉及到无刷直流电动机定子绕组换相之间 的方法和特点，作为无刷直流电动机定子绕组最，各种连接定子三相绕组，以突出的三相绕组。 4.3.14.3.1三相半控电路三相半控电路 通用三相半桥式驱动电路如图 4.5。这 La、Lb、Lc 分别是 A，B，C 三相绕组，为 T1，T2，因 为这些设备都连接到电机相绕组功率 T3 航站楼。转子位置由 Ha、Hb、Hc 传感器信号，经放大后开 始，然后控制电机功率器件换向。在减刑的过程中，空气中的差距形成的旋转磁场每个阶段的定子 绕组是在一个电源周期，每 120相位角的飞跃。因此，三相半桥式无刷直流电动机驱动器用于驱 动元件少，成本低，简单的控制系统控制，但扭矩的波动，电机绕组的使用率偏低的使用，每个绕 组通电的 1 / 3 的周期时间，转矩波动，Tm / 2 作业流程，Tm 和无刷直流电机需要的电源线导致 中性线，以及控制反转是比较困难的。因此，在实际应用中较少使用的驱动程序。 图 4.5 三相半桥式驱动电路 第 15 页 毕业设计说明书 4.3.24.3.2三相全控电路三相全控电路 图 4.6 全控桥电路 图 4.6 是一个完全控制的电桥电路，电机绕组为 Y 连接。为六管 MOSFET 的功率器件，从绕组 切换的目的。他们的传导方式可分为两到三三传导传导两种方式。 (1)两电之间的每一刻是另两个功率器件关，每 1/6 的换向周期，一旦一个功率晶体管，每个 阶段，每个功率管转 120 度角的功率器件换流的方法。 T1 和 T2 的功率晶体管 T1 的轮流缠绕管道， 然后从由 T2 的背面的电源绕组 C 相上进行的，从 A 相电流流动。如果到由绕组电流产生的扭矩设 定为正，从绕组的电流产生的负面扭矩，其合成转矩，钽的大小。当电动机转动 60 度角，由在 T1 至 T2 的的 T2 至 T3 的力量转化为电能，从 T3 的绕组 B 相绕组从 C 时，T2 的重新掌权，然后再相 电流流过的力矩合成，对钽的大小相同，但合成方向待定的扭矩转向 60 度角。然后，每次改变一 个功率管的阶段，合成转矩矢量方向转 60 度的电角度，但电讯局长的大小保持不变。 因此，无刷直流电机，每个绕组的三相半控具有相同的电流，全控型三相星形接线电路的电路 相同，两起案件之间的减刑，扭矩增加了大时代的合成。每 60 度角的第一动力，每个功率管供电 120 度，240 每个绕组通电时，它是相对功率和 120 度逆功率度。三相全控的转矩脉动电路相比， 小得多的三相半控，只能从 0.87Tm 到 TM。 (2)三三的力量，就是每一刻权力有三个在同一时间管首次打开时，每个功率管供电 180 度每 60 度。令他们上 T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5，T4T5T6，T6T1T2，TIT2T3。当 T6T1T2 打开从管 T1 的 相绕组，电流流 A 时，B 相和 C 相绕组（其中 B 和 C 两相平行绕组）是从 T6 和 T2 的了。然后流经 蜿蜒相绕组 B 相和 C 相电流流动的其合成转矩 1.5 一半大小。经过 60 度电角度，换到 T1T2T3 权 力，即先关闭 T6 的 T3 的（请注意，我们必须先关闭，然后通过 T6 的 T3 的，或 T6 和 T3 的同时将 会有力量，电源是 T3 和 T6 的短路，这是绝对不允许的）。当电流从 T1 和 T3 流量，A 相和 B 相绕 组，然后到 C 相（相当于一个阶段，同时乙）绕组，T2 的外流。其方向和 C 语言相同，转向 60 度， 规模还是 1.5Ta。经过 60 度角，然后，通电后，权力的 T1T2T3，然后等在这种电源模式，每一个 时刻有三种电源管理权。一次每 60 度的变化，有一个功率管的每个方向，每个功率管的 180 度电。 第 16 页 毕业设计说明书 4.4无刷直流电机的基本方程无刷直流电机的基本方程 三相无刷直流双极电机用一个例子来说明建立了数学模型的过程。从整个绕组，转子凸极转子 结构，三个霍尔元件在太空中相距 120 度，放在浓度对称 Y 型连接的定子绕组。在此基础上的结构， 其他作出以下假设，以简化分析过程： （1）忽略不计的电机铁芯涡流损耗和磁滞损耗饱和； （2）不包括电枢反应，呼吸那就是平场约 120 度的梯形波电角度分布宽度； （3）忽略了齿槽效应在电枢导体表面，电枢连续均匀分布； （4）驱动系统逆变功率器件和续流二极管是理想的功能开关。 可得三相绕组电压平衡方程为： (4-1) 0 0 M 0 0M M 0 0 M M aaaa bbbb cccc uiierLM uriLp ie rLuiie 式中：ua ub