本文關(guān)鍵詞：BLDCM無位置傳感器起動控制方法研究

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【摘要】：隨著時代的變化,交流電機逐漸取代了直流電機,主要原因在于直流電機的電刷與換向器限制了它的發(fā)展,交流電機可分為異步電機和同步電機兩大類,根據(jù)感應(yīng)電動勢的不同,同步電機又可分為直流無刷電機(Brushless DC Motor,以下可簡稱BLDCM)和永磁同步電機,前者的感應(yīng)電動勢波形為梯形波,后者的感應(yīng)電動勢波形為正弦波。由于BLDCM不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕的特點,還有運行可靠、效率高等優(yōu)點,在一些重要領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展,如航空航天、醫(yī)療設(shè)備、家用電器、電動車和機器人等。因此完善無刷直流電機各方面性能以及優(yōu)化控制方法是現(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者所研究的重點。在有位置傳感器控制系統(tǒng)中,通過霍爾傳感器的三個輸出信號指導(dǎo)電機換相,但由于其應(yīng)用條件受到限制,無位置傳感器控制方法應(yīng)用越來越廣泛。無位置傳感器控制系統(tǒng)中,檢測準確的轉(zhuǎn)子位置信號是實現(xiàn)電機正確換相和正常運行的關(guān)鍵,可通過反電勢過零點的方法來檢測轉(zhuǎn)子的位置,本文采用檢測各相端電壓的方法來獲得反電勢,當反電勢過零點時再延遲30°電角度就可得到電機換相點。目前基于反電勢的無位置傳感器控制方法在不斷的完善,盡管如此,電機的起動問題一直是BLDCM領(lǐng)域的研究熱點與難點。本文采用在三段式起動方法的基礎(chǔ)上構(gòu)建一個外同步開環(huán)起動裝置,主要是由120°的觸發(fā)器模塊、時鐘計時器和切換裝置組成,通過仿真實驗表明該起動方法能夠很好的實現(xiàn)電機起動。本課題主要工作內(nèi)容如下：首先,分析BLDCM的本體結(jié)構(gòu)及其工作原理,同時也分析有位置和無位置傳感器的控制方法及其優(yōu)缺點,給出了BLDCM兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通模式下的工作過程,同時在分析BLDCM數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上給出了轉(zhuǎn)子位置檢測的算法,并且將相關(guān)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成狀態(tài)方程的形式,便于對BLDCM無位置傳感器起動控制系統(tǒng)進行建模與仿真。然后,分析了基于反電勢法的無位置傳感器控制的起動方法,介紹了幾種常見的起動方法并分析了它們各自具有的優(yōu)缺點,重點分析了三段式起動方法的三個階段,根據(jù)理論推導(dǎo)在傳統(tǒng)的三段式起動法上進行了一定的改進,加速階段通過不斷地縮短換相時間來實現(xiàn),若檢測到位置信號,則進行多次重復(fù)檢測,當檢測到足夠穩(wěn)定的反電勢過零點信號時,切換過程通過切換模塊設(shè)定的閾值來實現(xiàn),如果與設(shè)定值保持一致,就可從開環(huán)控制切換到閉環(huán)控制。最后再根據(jù)BLDCM相關(guān)的數(shù)學(xué)模型和狀態(tài)方程在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境下對無位置傳感器起動控制系統(tǒng)進行建模與仿真,仿真結(jié)果表明電機各參數(shù)的波形符合理論分析,基于反電勢的起動控制方法具有一定可行性和有效性,并且能夠?qū)崿F(xiàn)BLDCM的可靠起動。最后,通過DSP TMS320F28335的硬件實驗平臺對無位置傳感器控制系統(tǒng)進行硬件電路設(shè)計,同時在CCS3.3軟件開發(fā)環(huán)境下對其進行程序設(shè)計,通過硬件電路與軟件程序設(shè)計相結(jié)合對整個控制系統(tǒng)進行參數(shù)計算與硬件仿真,最后通過示波器來顯示參數(shù)的實時變化,對各參數(shù)波形進行動態(tài)分析,驗證了基于反電勢的起動方法在DSP實驗平臺上實現(xiàn)了電機的可靠起動。
【關(guān)鍵詞】：無刷直流電機 無位置傳感器控制 反電勢 三段式起動 MATLAB/SIMULINK DSP TMS320F28335 CCS3.3
【學(xué)位授予單位】：安徽工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM33
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 概述12-22
• 1.1 課題背景及意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 檢測轉(zhuǎn)子位置的方法13-15
• 1.2.2 電機起動的方法15-18
• 1.3 國內(nèi)外研究趨勢18-19
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排19-21
• 1.5 本章小結(jié)21-22
• 第2章 BLDCM本體結(jié)構(gòu)、工作原理以及數(shù)學(xué)模型22-38
• 2.1 電機本體結(jié)構(gòu)22-25
• 2.1.1 直流電機的結(jié)構(gòu)22-23
• 2.1.2 無刷直流電機的本體結(jié)構(gòu)23-25
• 2.2 無刷直流電機的工作原理25-30
• 2.2.1 無刷直流電機的導(dǎo)通方式26-27
• 2.2.2 轉(zhuǎn)子的位置檢測27-30
• 2.2.3 電子開關(guān)電路30
• 2.3 BLDCM的數(shù)學(xué)模型30-36
• 2.3.1 無刷直流電機的機電方程31-32
• 2.3.2 反電勢法的數(shù)學(xué)模型32-35
• 2.3.3 狀態(tài)空間方程式35-36
• 2.4 變頻調(diào)速36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于反電勢法的BLDCM起動方法的仿真研究38-54
• 3.1 基于反電勢法BLDCM控制系統(tǒng)38-39
• 3.2 BLDCM的起動方法研究39-43
• 3.2.1 升頻升壓同步起動過程39-40
• 3.2.2 短時脈沖起動過程40-41
• 3.2.3 三段式起動法的具體過程41-43
• 3.2.4 傳統(tǒng)三段式起動存在的一些問題43
• 3.3 基于三段式起動法的改進43-48
• 3.3.1 改進起動法的理論推導(dǎo)43-46
• 3.3.2 改進起動法的實現(xiàn)過程46-47
• 3.3.3 改進起動法的控制原理框圖47-48
• 3.4 電機起動控制系統(tǒng)仿真48-50
• 3.4.1 BLDCM起動控制系統(tǒng)仿真模型的建立49
• 3.4.2 BLDCM本體模塊的構(gòu)成49-50
• 3.4.3 觸發(fā)信號與切換模塊50
• 3.5 仿真結(jié)果分析50-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第4章 BLDCM無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計54-62
• 4.1 TMS320F28335的介紹54-55
• 4.2 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計55
• 4.3 控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計55-61
• 4.3.1 開關(guān)主電路55-56
• 4.3.2 驅(qū)動電路56-57
• 4.3.3 逆變橋電路57-58
• 4.3.4 反電勢法位置檢測電路58-60
• 4.3.5 光耦隔離電路60
• 4.3.6 電流檢測電路60-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 第5章 BLDCM無位置傳感器控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計62-72
• 5.1 CCS簡要介紹62
• 5.2 系統(tǒng)程序的主要模塊62-63
• 5.3 系統(tǒng)主程序63-64
• 5.4 系統(tǒng)起動程序64-65
• 5.5 中斷處理程序65-67
• 5.6 轉(zhuǎn)子位置檢測程序67-68
• 5.7 實驗結(jié)果與分析68-71
• 5.8 本章小結(jié)71-72
• 第6章 總結(jié)與展望72-75
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 展望73-75
• 參考文獻75-79
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄79
• 攻讀學(xué)位期間取得的科研成果目錄79-80
• 致謝80

【參考文獻】

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本文編號：630488