【摘要】：無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制技術(shù)可以解決安裝位置傳感器給系統(tǒng)帶來工藝復(fù)雜、受工作運(yùn)行環(huán)境限制等諸多問題,同時(shí)可以提高系統(tǒng)可靠性和抗干擾性能。論文針對無位置傳感器無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號檢測、無位置傳感啟動(dòng)策略、電機(jī)換相與非換相時(shí)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等問題展開研究。具體研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1.綜述了無刷直流電機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與水平,建立了無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型,并以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了位置傳感器無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型,對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了模型的正確性。搭建了位置傳感器無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性,為無位置傳感器無刷直流電機(jī)關(guān)鍵控制技術(shù)的研究奠定了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究對比依據(jù)。 2.針對無位置傳感器無刷直流電機(jī)反電勢過零檢測在極端速段存在的問題(即無位置傳感器無刷直流電機(jī)在高速段時(shí)反電勢信號過大,容易造成檢測電路無法正常工作甚至損壞,而在較低速段時(shí),反電勢信號又難以有效檢測),提出了一種反電勢過零檢測新方法及對應(yīng)的檢測電路。首先,根據(jù)速度反饋控制信號占空比切換低速區(qū)與高速區(qū)反電勢采樣方式。在PWM_OFF期間進(jìn)行低速段采樣,可以有效改善在低速區(qū)反電勢過零檢測效果。在PWM_ON期間進(jìn)行高速段采樣,轉(zhuǎn)換相應(yīng)的硬件電路(三相電路上分別并聯(lián)一組三極管控制的電阻分壓開關(guān)電路),同時(shí)參考電機(jī)轉(zhuǎn)速線性調(diào)節(jié)控制信號占空比,以此控制三極管通斷從而調(diào)節(jié)電阻分壓開關(guān)電路阻值,可以避免高速時(shí)反電勢幅值高于檢測電路供電電壓的危險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用新的反電勢過零檢測新方法可以保證電機(jī)工作于更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。 3.針對無位置傳感器無刷直流電機(jī)啟動(dòng)問題,提出了一種無位置傳感器無刷直流電機(jī)準(zhǔn)閉環(huán)啟動(dòng)方法,也即轉(zhuǎn)子初始位置精準(zhǔn)預(yù)定位與加速過程中優(yōu)化定位相結(jié)合的準(zhǔn)閉環(huán)三段式啟動(dòng)方法。在電機(jī)繞組中施加短時(shí)間脈沖電壓矢量,通過檢測直流母線電流可以將轉(zhuǎn)子位置鎖定在600電度角范圍內(nèi),在此基礎(chǔ)上通過向指定繞組通電與檢測電流并比較電流閾值從而完成轉(zhuǎn)子精準(zhǔn)預(yù)定位。預(yù)定位后進(jìn)入優(yōu)化定位與加速階段,此時(shí)電流比較閾值作為換相條件,保證轉(zhuǎn)子在加速過程中準(zhǔn)確換相,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)(反電勢過零信號產(chǎn)生時(shí))系統(tǒng)切換到反電勢運(yùn)行狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電流閾值比較作為反饋量,保證了啟動(dòng)過程中電機(jī)在定位、加速、切換等各個(gè)環(huán)節(jié)中均形成閉環(huán)控制。通過設(shè)置電流比較閾值的大小不僅可以調(diào)節(jié)預(yù)定位精度還能調(diào)節(jié)加速過程中換相的靈敏度,可以保證系統(tǒng)適應(yīng)各種不同場合需求與應(yīng)用。 4.針對無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)限制了其在高端領(lǐng)域的應(yīng)用,提出了一種在非換相期間采用基于電壓空間矢量的控制方法實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制,在換相期間,以轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)為控制量,對逆變電源開關(guān)管進(jìn)行獨(dú)立PWM調(diào)制的方法抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生。直接轉(zhuǎn)矩控制中存在反電勢獲取困難的問題,目前主要采用滑模變結(jié)構(gòu)反電動(dòng)勢狀態(tài)重構(gòu)的方法解決此類問題。但是,滑模變結(jié)構(gòu)控制在本質(zhì)上的不連續(xù)開關(guān)特性將會引起系統(tǒng)的抖振,提出了采用分段式滑模變結(jié)構(gòu)狀態(tài)重構(gòu)的方法抑制系統(tǒng)抖振并重構(gòu)反電勢。首先,在Matlab/Simulink中完成了無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)中分段式滑模變結(jié)構(gòu)狀態(tài)觀測器模塊、磁鏈與轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊、磁鏈扇區(qū)選擇模塊、電壓空間矢量選擇等模塊的建模與仿真,并在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的整體仿真模型,對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了所提方法的有效性。最后搭建了基于直接轉(zhuǎn)矩控制的無刷直流電機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：無刷直流電機(jī)在換相期間和非換相期間轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)得到了有效抑制,與傳統(tǒng)控制方法相比較,本系統(tǒng)進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的快速性與魯棒性。
【圖文】：

第三章反電勢過零檢測電路及檢刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。試驗(yàn)平臺主要包括了整流濾波電路、以DSP(TMS320F2812)處理器為核心的控制電路、功率驅(qū)動(dòng)電電路、輔助電源、鍵盤顯示、信號調(diào)理等關(guān)鍵電路。如圖3-7流電通過不可控全橋整流和濾波后作為由6個(gè)IGBT功率開關(guān)電源主電路母線電壓。TMS320F2812控制電路通過接收上位，結(jié)合反電勢檢測電路輸出PWM調(diào)制信號給逆變電源功率驅(qū)動(dòng)過將PWM信號隔離放大后來驅(qū)動(dòng)逆變電源的6個(gè)IGBT功率開交替^u通與關(guān)斷來控制電機(jī)繞組的換相順序，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)12位ADC(數(shù)模轉(zhuǎn)換)單元負(fù)責(zé)直流母線的電流、電壓檢測，B是專門用于電機(jī)PWM控制的單元，EVA輸出的六路PWM調(diào)制三相全橋逆變電源上的六個(gè)IGBT開關(guān)管，而在系統(tǒng)發(fā)生制路PWM調(diào)制信號給直流母線上的制動(dòng)IGBT^u關(guān)管，完成系

這樣勢必會引起繞組中非換相相電流的脈動(dòng)，從而產(chǎn)生換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。已有的研究表明：電機(jī)在高速和低速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象各不相同(如圖5-4所示)。圖5-1為常規(guī)控制方法下電機(jī)某相反電勢與非換相相電流仿真圖(在仿真時(shí)設(shè)定了反電勢波形為理想的梯形波)，圖中上半幅為非換相相電流波形，下半幅為對應(yīng)反電勢波形。由仿真結(jié)果可知：即使在反電勢為理想的梯形波條件下，在非換相期間和換相期間均存在電流脈動(dòng)，但在換相期間產(chǎn)生的電流脈動(dòng)比非換相期間更加明顯。由式(5-31)可知，在換相期間轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比非換相期間也會更加突出，，下面重點(diǎn)分析在換相過程中，換相電流與換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理。H ！' ■! i ‘ 1….…-1? . . ? ? ： ： ； ： ；…，....栙"?'： ^ “‘??…； ? r!""""^ ‘ …: ： ‘*^ yCTTrneTTm^TTTTTyrmu ： .y5S . _ 丨 ?I I ‘ ‘ ■ ? Lt (lOms/格）圖5-1常規(guī)控制方法下非換相相電流與反電勢波形5.2.1換相過程等效電路分析非換相期間，電路分析情況比較簡單，文中不再具體描述，下面具體分析換相期間電路工作情況。圖5-2為三相六狀態(tài)120°導(dǎo)通方式時(shí)無刷直流電機(jī)等效電路圖及理想三相反電勢波形圖。其中
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2531806