无位置传感器无刷直流电机控制方法研究

JIANGSUUNIVERSITY本科毕业论文无位置传感器无刷直流电机控制方法研究RESEARCHONCONTROLMETHODSOFSENSORLESSBRUSHLESSDCMOTOR学院名称：电气信息工程学院专业班级：电气1001 学生姓名：XXX 学生学号：3100501xxx指导教师姓名：XXX 指导教师职称：副教授 2014年06月IV转子位置与三相定子绕组导通对应关系转子位置A相B相C相0～0-11～1-10～10-1～01-1～-110～-101～0-11参考电流模块根据PID控制器输出的电流幅值信号Is和反馈的转子信号确定三相绕组各自的参考电流，用于下一级的电流滞环控制。其模型如图6-20所示。图6-20参考电流模块转子位置信号pos经过函数mod（u，）取余后得到转子角度位置，角度位置信号经过Is_reference模块的程序判断确定各相电流方向，与Is相乘后得到各相参考电流大小。其中Is_reference模块程序为：function[Iar，Ibr，Icr]=fcn(u)%#emlif(u<=pi/6)Iar=0，Ibr=-1，Icr=1；elseif(u<=pi/2)Iar=1，Ibr=-1，Icr=0；elseif(u<=5*pi/6)Iar=1，Ibr=0，Icr=-1；elseif(u<=7*pi/6)Iar=0，Ibr=1，Icr=-1；elseif(u<=3*pi/2)Iar=-1，Ibr=1，Icr=0；elseif(u<=11*pi/6)Iar=-1，Ibr=0，Icr=1；elseIar=0，Ibr=-1，Icr=1；end；（2）电流控制模块电流滞环控制模块的作用是实现滞环电流控制方法，输入为三相参考电流和三相实际电流，输出为逆变器控制信号，模块结构框图如图6-21所示。当实际电流低于参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，对应相正向导通，负向关断；当实际电流超过参考电流且偏差大于滞环比较器的环宽时，对应相正向关断，负向导通。选择适当的滞环环宽，即可使实际电流不断跟踪参考电流的波形，实现电流闭环控制。图6-21电流控制模块6.7.3双闭环调速仿真结果前面根据电机的运行原理和数学模型搭建了无位置传感器无刷直流电机的仿真模型，为了验证所搭建模块的正确性，本小节进行了仿真实验，仿真电路图如图6-22所示。仿真使用的参数为：电机相绕组电阻R为5Ω，L-M为0.081H，阻滞摩擦增益B为0.0002，Ke为0.382，极对数P为1，转动惯量J为0.001。设置DC电压为300V，突加、减负载为3N·m。PID调节器Kp=2，Ki=0.05，Kd=0，转速设定为1000rmp。图6-22双闭环调速系统仿真电路电机相电流波形如图6-23所示。图6-23电机相电流波形电机反电动势波形如图6-24所示。图6-24电机反电动势波形电机转速及转子位置波形如图6-25所示。图6-25电机转速、转子位置波形电机电磁转矩波形如图6-26所示。图6-26电机电磁转矩波形通过以上仿真可以发现，无刷直流电机的双闭环调速，速度环实现了电机转速迅速地跟随既定转速变化，PID调节器使得转速无静差，能有效地抑制负载变化带来的速度波动。内环的电流调节减小了电流波动，从而减小转矩脉动，同时加快系统的响应速度，完成更精确的控制。第7章结论无刷直流电机在兼备传统直流电机优越性能的同时，又克服了传统直流电机结构复杂，换向装置易损等缺点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电机将迎来更加广阔的应用领域，其控制技术也必然更加便捷、高效。其中无刷直流电机的无位置传感器控制技术克服了有位置传感器无刷直流电机的弊端，使得无刷直流电机得以小型化、可靠化发展。由于无位置传感器控制技术通常采用的“反电势”过零检测法，在电机低速和静止状态时很难检测转子位置，因此，在无刷直流电机的无位置传感器控制技术中，初始转子定位和电机起动是一研究的热点和难点。本文介绍了无刷直流电机的基本结构，并以一相导通三相三状态和两相导通三相六状态为例，详细分析了无刷电机的工作原理，并在此基础上得出了无刷直流电机的数学模型，又对电机的运行特性做出了一些简要分析。论文第三章着重于无刷直流电机的无位置传感器控制技术，对无位置传感器无刷直流电机常用的几种起动和转子检测方法做了介绍。本文采用三步法（转子初定位、外同步加速、外同步加速到内同步加速切换）的电机起动方法，当电机达到预定转速后，采用“反电势”法对转子位置进行检测，控制电机运行。论文第四章以TMS320F2812为核心设计了控制系统的硬件电路，并用Protel软件加以绘图。在论文第五章软件部分，采取模块化的设计思路，无位置传感器无刷直流电机从转子初始定位到“反电势”法过零检测运行基于子程序模块实现，论文该部分给出了软件设计的流程图。本文第六章着重于无刷直流电机的仿真。基于MatlabR2010b的SIMULINK，采取模块化的设计思路对电机进行了建模仿真。并采用直流电机的经典控制方法--双闭环控制，对所建电机模型进行仿真，仿真结果得出了令人满意的波形，证明了“反电势”过零检测法的可行性。限于本人的知识水平和个人能力，本文定然存在着许多不足之处。在无刷直流电机的控制技术中，双闭环控制只能称之为经典的控制方法，而本文未涉及的模糊PID控制、神经网络控制等更加智能的控制技术将是未来无刷直流电机控制技术发展的方向。参考文献[1]程明．微特电机及系统[M]．北京：中国电力出版社，2008.[2]王兆安，刘进军．电力电子技术第5版[M]．北京：机械工业出版社，2009.[3]阮毅，陈伯时．电力拖动自动控制系统第4版[M]．北京：机械工业出版社，2009.[4]张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].北京:机械工业出版社，2001.[5]刘刚，王志强，房建成.永磁无刷直流电机控制技术与应用[M].北京:机械工业出版社，2008.[6]夏长亮.无刷直流电机控制系统[M].北京:科学出版社，2009.[7]洪乃刚．电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真[M]．北京：机械工业出版社，2006.[8]苏奎峰，吕强，耿庆锋，陈圣俭．TMS320F2812原理与开发[M]．北京：电子工业出版社，2005.[9]李自成.无刷直流电机无位置传感器控制关键技术研究[D].华中科技大学博士学位论文，2010.[10]吴鹏坤.基于TMS320F2812的无位置传感器无刷直流电机控制系统研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2011.[11]董一博.无传感器无刷直流电机控制系统优化设计[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文，2006.[12]陈新荣.无刷直流电机无位置传感器控制系统的设计与研究[D].南京航空航天大学硕士学位论文，2007.[13]胡少轶．无刷直流电机无位置传感器控制的研究[D]．西安理工大学硕士学位论文，2008.[14]王磊．无传感器直流无刷电机启动方法的研究[D]．华南理工大学硕士学位论文，2010.[15]胡文芳．基于双滑模变结构的无刷直流电机无位置传感器控制[D]．天津大学硕士学位论文，2010.[16]沈建新，吕晓春，杜军红，陈永校.无传感器无刷直流电机三段式启动技术的深入分析[J].微特电机，1998.5:8～11.[17]廖承喜，朱志杰，翁微.无刷直流电机三段式自启动关键技术研究[J].电力电子技术，2008.42（5）:61～65.[18]沈建新，陈永校．永磁无刷直流电动机基于反电势的无传感器控制技术综述[J]．微特电机，2006(7)：36～40.[19]吴筱辉，程小华，刘杰．反电势法检测转子位置的直流无刷电机系统起动方法[J]．中小型电机，2005，32(5)：6～9.[20]李天舒，刘军．无刷直流电动机的反电势过零检测法研究[J]．微电机，2007，40(3)：34～36.[21]杨光，李醒飞．无刷直流电机反电势过零点检测转子位置研究[J]．电力电子技术，2008，42(10)：18～20.[22]杜晓芸，林瑞光.无位置传感器无刷直流电机的控制策略[J].电机与控制学报，2002，6（1）:21～25.[23]牛海清，谢运祥.无刷直流电动机及其控制技术的发展[J].微电机，2002，35（5）：36～38.[24]周托.无位置传感器无刷直流电机控制系统的设计与研究[D].西北工业大学硕士学位论文，2006.[25]陶泽安.无刷直流电机控制系统的研究[D].湖南大学硕士学位论文，2010.[26]师争光.基于反电势过零检测无刷直流电机控制系统的设计与研究[D].中南大学硕士学位论文，2009.[27]周永昌.无位置传感器无刷直流电机的建模与仿真[D].广西师范大学硕士学位论文，2012.[28]李和明.无刷直流电机无位置传感器控制的研究[D].浙江大学硕士学位论文，2007.[29]杨杰.无刷直流电机无位置传感器控制系统研究[D].浙江大学硕士学位论文，2008.[30]李强.无位置传感器无刷直流电动机运行理论和控制系统研究[D].东南大学博士学位论文，2005.[31]张浩.无刷直流电机智能控制器的研究与仿真实现[D].湖南大学硕士学位论文，2009.[32]何小红.无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计[D].西安科技大学硕士学位论文，2009.[33]宁运.无位置传感器的无刷直流电机控制技术研究[D].武汉理工大学硕士学位论文，2008.[34]张伟成.基于DSP的无位置传感器无刷直流电机控制系统的研究[D].南昌大学硕士学位论文，2007.[35]韦啟宣.基于DSP的无刷直流电机方波驱动与正弦波驱动研究[D].华南理工大学硕士学位论文，2012.[36]陈程.无位置传感器无刷直流电机启动技术的研究[D].中南林业科技大学硕士学位论文，2012.附录控制系统硬件电路图控制系统硬件电路图致谢时光荏苒，白驹过隙！近四年的大学生活即将过去，这段时间里，各位辛勤的老师在三尺讲台洒下知识的甘霖，让我们在江苏大学的象牙塔里茁壮成长，本科生四年不但让我学到了丰富的专业知识，更让我学会了如何做一个正直而勤奋的新时代知识分子，承担起对国家和社会的责任。本文是在我