基于DSP的无刷直流电机无位置传感器控制系统的研究与设计

作     者：高白雪 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：边春元

授予年度：2017年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：无位置传感器 位置检测 反电势法 方波控制 

摘      要：永磁无刷直流电机是小功率直流电机的一种,其最突出的特点就是取消了机械换向装置,转而采用电子换相装置来完成绕组换相过程。电子换相器一般指逆变器,常用的是三相全桥逆变器,由半导体功率开关管构成,通过控制逆变器中各个开关管的导通和关断,使电机的绕组实现换相,取代了机械换向的方法。这种电机具有结构简单,运行可靠,工作效率高,过载能力强,电磁噪声低等诸多优点,广泛应用于工农业生产、国防、航天以及汽车等领域。截至目前,市场中广泛使用的用来获取无刷直流电机转子磁极位置信号的装置是位置传感器,但是在使用过程中人们发现,这种方法在一些温度过高或者压强较大的恶略的环境条件下会出现一些较大的信号检测误差,如果不能准确地检测电机转子的位置信号,也就无法使电机完成换相,造成换相失误。基于这样的背景,提出取消位置传感器的控制方法,也就是无位置传感器控制系统的研究与设计。本文中的研究对象是一台三相四对极的永磁无刷直流电动机,首先讨论了无刷直流电机在国内外的发展和应用现状及目前已经出现的控制技术,分析研究其控制系统的必要性。然后讨论了无刷直流电动机的组成结构和常见的工作方式,通过比较确定了两两导通的控制方式,并采用预测电流控制策略抑制高速运行期间的换相转矩脉动。对于无位置传感器控制系统的转子初始位置检测问题,采用电感辨识法,起动过程中采用改进的三段式起动法,对于换相问题,通过研究和分析采用线反电动势法。其次,在MATLAB/Simulink仿真平台中,搭建了无位置传感器无刷直流电机双闭环控制系统,进行电机自同步加速、外同步加速以及预测电流控制策略等的仿真,通过系统仿真,验证了设计方案的可行性。最后在通过仿真验证了无位置传感器控制方法的可行性之后,设计了控制系统的硬件电路以及软件程序,通过电机起动、加速和稳速运行实验,利用示波器,观察反电动势过零信号、电流信号以及驱动信号,验证设计方案的可行性。