无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)因其可控性好、调速范围宽、工作寿命长且效率高等优点,被广泛应用于要求高精度和高可靠性的自动控制系统中,但传统的无刷直流电机需要位置传感器来获取转子位置信息,这不仅增大了电机的体积尺寸...
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无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)因其可控性好、调速范围宽、工作寿命长且效率高等优点,被广泛应用于要求高精度和高可靠性的自动控制系统中,但传统的无刷直流电机需要位置传感器来获取转子位置信息,这不仅增大了电机的体积尺寸,同时降低了电机工作的可靠性及适用性。因此,无位置传感器控制技术的研究对进一步扩展无刷直流电机的应用领域和生产规模具有重要意义。本文选用三段式启动为电机的启动策略,并结合转子二次预定位的初始位置定位,以确保电机顺利启动。采取线反电动势过零法检测转子位置,避免了由于电机转速变化所带来的30°延迟角相移,提高了检测精度。通过构造线反电动势函数,得出换相误差角度与反电动势函数的单调关系,以此作为换相误差补偿的依据。首先,介绍了无刷直流电机无位置传感器转子位置检测方法、无刷直流电机启动方法与换相误差补偿等方面的国内外研究现状,阐述了无刷直流电机的工作原理,深入分析了无刷直流电机控制方法中的两两导通方式以及换相过程,建立了无刷直流电机的数学模型。研究了三段式电机启动策略的启动过程,分析了预定位法检测转子初始位置容易启动失败的原因,选用转子二次预定位的无刷直流电机三段式启动策略。传统的反电动势检测法中,延迟角度受到电机转速变化的影响,造成换相不准确,本文采取以线反电动势信号为采集量的位置检测方法,提高了换相精度并且简化了设计复杂度,同时分析了换相误差对线反电动势信号的影响,并研究了线反电动势函数域下换相误差角与反电动势积分值的关系。然后,建立Matlab/Simulink无位置传感器无刷直流电机仿真模型,对采用的电机启动策略和线反电动势过零检测方法展开仿真验证,对电机的输出参数进行仿真分析,包括反电动势、相电流与转矩波形。通过与有感控制模型的仿真结果对比,验证所建立控制系统模型的有效性。搭建基于快速原型控制器SC1000的无刷直流电机无感控制半实物仿真平台,对所提出的无感控制策略进行了仿真实验验证。最后,完成无位置传感器无刷直流电机控制系统硬软件设计,包括主控板、驱动板、采样电路、电源电路以及线反电动势检测电路,在CCS平台上开展电机三段式启动转速实验和线反电动势过零检测实验,将实验结论与Simulink仿真波形和SC1000半实物仿真实验结果相对照,进一步验证所设计的控制系统的有效性以及准确性。
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