无刷直流电机换向关键技术研究

【摘要】无刷直流电机不但体积小,结构简单,可靠性强。而且具有普通直流电机的良好的调速性能。因此在家用电器、航空航天、办公自动化等方面有着广泛的应用。传统的直流无刷电机(BrushlessDCMotor,简称BLDC)需要霍尔信号提供转子信息,但是霍尔信号会受到温度磁场等的影响,这不仅增加了电机的体积和成本而且降低了系统的可靠性。因此无位置传感器无刷直流电机的控制在近些年一直是研究的热点。本论文围绕无位置传感器无刷直流电机控制进行较为系统和深入的研究。论文首先对无刷直流电机的发展历程、无刷直流电机的位置检测和起动的发展现状进行了综述。在位置检测中对反电动势法、续流二极管法、电感法和状态观测器法的优缺点进行了分析,同时对三段式起动、预定位起动、升频升压起动、短时检测脉冲定位方法的优缺点进行了讨论。接着详细分析了无刷直流电机的本体结构、电子换向电路和位置检测,同时分析了直流无刷电机的工作原理、相应的数学模型和基本方程。然后对无刷直流电机的起动和反电动势控制进行了详细的讨论并提出本文采用的基于电感法优化的起动方法和反电势控制方法,并选用强大处理能力和丰富外设的dsPIC33FJMC204作为控制芯片,进行相应的硬件电路设计和软件控制设计。在硬件设计部分,主要论述了在逆变电路,反电动势检测电路,保护电路等模块的电路设计的选择方案和设计时的注意事项。软件设计部分采用模块化设计思想,主要论述了模糊控制思想的原理和实现、软件系统的初始化、电机起动程序的设计、模糊PID控制程序的设计和过零检测方法的设计。在软件系统初始化中对时钟、AD转换、PWM、Timer、UART的初始化做了详细的阐述。在电机起动程序和过零检测设计部分给出设计的组成部分与相应的流程图,在模糊PID程序设计中给出了模糊PID的的流程图和相关代码。最后,对设计的直流无刷电机控制系统进行了实验测试并给出了直流无刷电机控制系统的起动、反电势控制和模糊PID控制的实验结果和实验,并对结果进行了分析,实验结果验证了该无位置传感器无刷直流电机控制系统的可行性、稳定性和有效性。
【作者】陈红锋；
【导师】何元烈；
【作者基本信息】广东工业大学，计算机技术（专业学位），2014，硕士
【关键词】无位置传感器；无刷直流电机；起动；反电势；模糊PID；单片机；

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