无刷直流电机无位置传感器矢量控制系统研究

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随着半导体与电力电子技术的发展,使用电子换相代替机械换相的无刷直流电机被发明出来。相比于传统直流电机,无刷直流电机避免了电刷、换向器带来的缺陷,同时兼具控制简单、转矩密度高、寿命长、维修方便、成本低等多种优点,目前广泛应用于精密仪器、家电、交通工具、医疗设备等众多领域。但在无刷直流电机控制中需要转子位置信号为换相提供依据,而位置传感器的存在会增大电机体积;降低在高温、潮湿、粉尘等恶劣条件下的可靠性;对安装精度要求较高,安装误差会对换相产生极大负面影响。因此,无刷直流电机的无位置传感器控制技术已经成为研究的重要方向。
  本文对无刷直流电机无位置传感器矢量控制系统进行以下几点研究。首先,提出了一种基于单相电感检测的转子位置检测方法,本方法适用于电机启动加速阶段,避免了电机开环启动可能出现的失步甚至反转现象。其次,提出了一种驱动相循环续流方法,该方法将储存在绕组电感中的能量在驱动相中循环续流,代替了传统续流阶段中电感能量经续流二极管回充电源的方法,提高了电机转矩,缩短了启动时间。再次,在电机稳态运行阶段使用了基于滑模反电势观测器的转子位置检测方法,配合开关函数的改进、低通滤波器合理设计实现了无刷直流电机无位置传感器矢量控制系统设计与仿真。最后,按照本文理论分析与设计方案对控制系统进行了软硬件设计并进行实验。实验结果表明,相比传统基于电感法的加速阶段转子位置检测方法,本方法的加速能力明显提高;而在高速运行阶段,本文中所使用的基于滑模反电势观测器的转子位置检测方法可以准确检测到转子位置,为矢量控制提供信息;所使用的id=0矢量控制方法相比传统方波控制减小了转矩波动与运行噪声。
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