无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)因其结构简单、调速性能好、运行可靠,在家电、电动车和工业等领域得到了广泛应用。BLDCM无位置传感器控制省略了位置传感器,避免了位置传感器安装使用带来的不利影响,因此受到人们的极大关注。...
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无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)因其结构简单、调速性能好、运行可靠,在家电、电动车和工业等领域得到了广泛应用。BLDCM无位置传感器控制省略了位置传感器,避免了位置传感器安装使用带来的不利影响,因此受到人们的极大关注。本文以电动三轮车用BLDCM为被控对象,对BLDCM无位置传感器控制系统进行分析与研究。本文首先对BLDCM的组成结构和工作原理进行研究,且推导了其数学模型。并对BLDCM的机械特性和调速特性进行研究与分析,为后续BLDCM无位置传感器控制系统的设计奠定了理论基础。其次,针对电动车负载大小的不确定性,对于不同转速下反电势过零点产生的移相问题,通过理论分析与实验验证,得出了补偿角的拟合曲线,有效提高了转子检测的精度。针对BLDCM无位置传感器控制系统在静止或低速时启动困难的问题,通过转子二次定位方式,提高转子位置定位的准确性;采用软件升频升压方式使电机外同步加速,不依赖硬件电路,实现了电机带负载启动能力的提升,启动过程中实时检测电流大小,避免因长时间通过大电流而损坏系统;电机启动过程中检测反电势过零点信号,当连续k次检测到反电势过零点信号,系统由外同步加速切换到自同步运行状态。针对BLDCM换相转矩脉动问题,设计了一种基于Cuk变换电路的转矩脉动抑制方法,根据Cuk变换电路升降压的特点,改变母线电压大小,从而抑制换相转矩脉动。最后,采用LabVIEW建立了 BLDCM无位置传感器控制系统仿真模型,验证了系统的可行性。通过设计无位置传感器控制系统硬件电路和软件功能模块,搭建了电动三轮车控制系统实验平台,并进行了实验测试。实验结果验证了本文所设计的复合式启动方法和反电势过零点移相补偿方法的可行性和合理性。
集中式绕组形式的无刷直流电机(Brushless DC Motors,BLDCM)以调速性能好、高转矩惯量比、高功率密度、高效率、结构简单、制造成本低等优点广泛应用于家电、汽车、航天和工业自动化等驱动领域内。传统的集中式绕组BLDCM反电动势为梯形...
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集中式绕组形式的无刷直流电机(Brushless DC Motors,BLDCM)以调速性能好、高转矩惯量比、高功率密度、高效率、结构简单、制造成本低等优点广泛应用于家电、汽车、航天和工业自动化等驱动领域内。传统的集中式绕组BLDCM反电动势为梯形波,随着高性能的正弦波驱动的需要,通过各种手段对集中式绕组的BLDCM本体进行优化,反电动势正弦化程度逐渐提高,使其适合进行高性能的空间矢量控制。但双闭环空间矢量控制需要准确的位置和转速信号,采用机械的位置传感器又会带来成本和可靠性等问题。因此,针对正弦波反电动势的BLDCM无位置传感器矢量控制方法的研究具有重要的研究意义和广阔的应用前景。在众多无位置传感器方法中,滑模观测器具有适应性强,对电机参数变化不敏感、算法简单、易工程实现、计算量小、动静态性能好等优点,在实际控制系统中得到广泛应用。本文介绍了BLDCM的结构及数学模型,简要阐述了基于磁场定向控制(Field-orientated control,FOC)的矢量控制理论,构建了双闭环SVPWM矢量控制调速系统。基于电机两相静止坐标系下的数学模型,构建了传统滑模观测器,并针对传统滑模观测器存在的固有抖振问题以及采用低通滤波器带来的相位延迟及补偿问题,提出了一种改进滑模观测器,该方法基于可变滑模增益的传统符号函数构建电流观测器,采用反电势观测器提取反电动势信号,并利用锁相环方式估算转子位置和转速。为了验证改进方法的有效性,利用Matlab/Simulink建立了基于滑模观测器的BLDCM无位置传感器控制系统仿真模型,对传统滑模观测器和改进滑模观测器进行了仿真对比。仿真结果表明,相比传统滑模观测器,基于改进滑模观测器的控制系统能够获得更好的转速和位置估计效果,从而实现良好的正弦波反电动势BLDCM无位置传感器矢量控制。最后,本文设计了基于STM32F103RCT6的BLDCM驱动控制器并搭建电机实验平台,并在此实验平台上对本文提出的改进滑模观测器算法进行验证。
提出一种改进型反电动势谐波自适应补偿的PMSG无位置传感器控制方法,该方法在滑模观测器SMO(sliding model observer)的基础上引入自适应广义二阶积分器SOGI(second order generalized integrator),减小了反电动势观测中谐波对转子位置...
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提出一种改进型反电动势谐波自适应补偿的PMSG无位置传感器控制方法,该方法在滑模观测器SMO(sliding model observer)的基础上引入自适应广义二阶积分器SOGI(second order generalized integrator),减小了反电动势观测中谐波对转子位置的影响,提高了转子位置估计的准确性。由于电机参数的变化和变换器的非线性,在无位置传感器控制算法中含有大量的5、7、11次等低次谐波。使用自适应SOGI取代低通滤波器,对基频信号进行提取,一方面减小了低频谐波含量,从而减小了由低频谐波引起的转子位置估计偏差,同时消除了由滤波延时引起的相位偏差;另一方面提高了系统的跟踪性能,使得相位误差收敛于0。最后,通过仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。
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