无刷直流电机无位置传感器控制系统的设计与实现

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由于无刷直流电机(Burshelss DC Motor,BLDCM)具有结构简单、效率高及控制简单等优异的性能,它在航天航空、家用电器和电力传动等各个方面得到广泛的应用。它既具有直流电机控制简单、调速性能好和控制效率高的优点,又具有交流电机无电刷、维修方便的优点是当今新型电机的研究热点。但是BLDCM的转子位置传感器的存在,增大了电机体积,提高了电机的成本,大大限制了BLDCM的应用场合。目前,无位置传感器控制方法作为BLDCM研究的热点之一,具有广阔的发展前景。本文首先阐述了由于具有优良的性能BLDCM受到越来越多的重视,介绍了BLDCM研究的热点之一:转子位置检测技术的现状及其发展趋势,比较了转子位置硬件检测技术和转子位置软件检测技术,综合考虑得出转子位置软件检测技术,即无位置传感器控制技术将成为BLDCM控制的发展趋势。其次,本文介绍了BLDCM的基本结构、工作原理并建立了BLDCM的数学模型。在理论的基础上,本文提出和研究了由反电动势法过零点法和三段式启动法构成的无位置传感器BLDCM控制策略。针对反电动势过零点法,分析了其获得转子位置的原理、反电动势的提取方法和反电动势法的误差补偿,并对其建立了Matlab/Simulink仿真模型,进行了仿真验证。针对三段式启动法,详细分析了其定位阶段、加速阶段和切换阶段,并给出了具体实施的方法。最后,本文设计了基于以上理论的无位置传感器BLDCM控制系统的的硬件平台和软件平台并进行了相应的实验验证。硬件平台硬件平台以Microchip公司的高性能16位数字信号控制器、电机专用控制芯片dsPIC33FJ16MC304为核心,,由主控制单元电路、三相逆变桥电路、驱动放大电路、带通滤波反电动势检测电路和保护电路等模块组成。软件程序在MAPLB V8.76的环境中编写,分为主程序模块和主中断程序模块两部分。实验结果验证了本文设计的控制系统在空载和轻载条件下能很好的控制无位置传感器BLDCM的启动和稳定运行,并且具有较强的抗干扰能力。
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