【摘要】：無位置傳感器無刷直流電機控制技術可以解決安裝位置傳感器給系統帶來工藝復雜、受工作運行環(huán)境限制等諸多問題,同時可以提高系統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轉子位置信號檢測、無位置傳感啟動策略、電機換相與非換相時轉矩脈動等問題展開研究。具體研究內容包括以下幾個方面： 1.綜述了無刷直流電機關鍵控制技術的研究現狀與水平,建立了無刷直流電機的數學模型,并以數學模型為基礎,在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建了位置傳感器無刷直流電機控制系統的仿真模型,對仿真結果進行了分析,驗證了模型的正確性。搭建了位置傳感器無刷直流電機控制系統實驗平臺,對實驗結果進行分析,驗證了設計方案的正確性,為無位置傳感器無刷直流電機關鍵控制技術的研究奠定了理論基礎和實驗研究對比依據。 2.針對無位置傳感器無刷直流電機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在高速段時反電勢信號過大,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,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的檢測電路。首先,根據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期間進行高速段采樣,轉換相應的硬件電路(三相電路上分別并聯一組三極管控制的電阻分壓開關電路),同時參考電機轉速線性調節(jié)控制信號占空比,以此控制三極管通斷從而調節(jié)電阻分壓開關電路阻值,可以避免高速時反電勢幅值高于檢測電路供電電壓的危險。實驗結果表明：采用新的反電勢過零檢測新方法可以保證電機工作于更寬的轉速范圍內。 3.針對無位置傳感器無刷直流電機啟動問題,提出了一種無位置傳感器無刷直流電機準閉環(huán)啟動方法,也即轉子初始位置精準預定位與加速過程中優(yōu)化定位相結合的準閉環(huán)三段式啟動方法。在電機繞組中施加短時間脈沖電壓矢量,通過檢測直流母線電流可以將轉子位置鎖定在600電度角范圍內,在此基礎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子精準預定位。預定位后進入優(yōu)化定位與加速階段,此時電流比較閾值作為換相條件,保證轉子在加速過程中準確換相,當轉速達到一定值時(反電勢過零信號產生時)系統切換到反電勢運行狀態(tài)。實驗結果表明：電流閾值比較作為反饋量,保證了啟動過程中電機在定位、加速、切換等各個環(huán)節(jié)中均形成閉環(huán)控制。通過設置電流比較閾值的大小不僅可以調節(jié)預定位精度還能調節(jié)加速過程中換相的靈敏度,可以保證系統適應各種不同場合需求與應用。 4.針對無刷直流電機轉矩脈動限制了其在高端領域的應用,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現無刷直流電機的直接轉矩控制,在換相期間,以轉矩脈動為控制量,對逆變電源開關管進行獨立PWM調制的方法抑制轉矩脈動的產生。直接轉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構反電動勢狀態(tài)重構的方法解決此類問題。但是,滑模變結構控制在本質上的不連續(xù)開關特性將會引起系統的抖振,提出了采用分段式滑模變結構狀態(tài)重構的方法抑制系統抖振并重構反電勢。首先,在Matlab/Simulink中完成了無刷直流電機控制系統中分段式滑模變結構狀態(tài)觀測器模塊、磁鏈與轉矩計算模塊、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,并在此基礎上,構建了基于直接轉矩控制的無刷直流電機控制系統的整體仿真模型,對仿真結果進行了分析,驗證了所提方法的有效性。最后搭建了基于直接轉矩控制的無刷直流電機實驗平臺。實驗結果表明：無刷直流電機在換相期間和非換相期間轉矩脈動得到了有效抑制,與傳統控制方法相比較,本系統進一步提高了系統的快速性與魯棒性。
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第三章反電勢過零檢測電路及檢刷直流電機控制系統。試驗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、功率驅動電電路、輔助電源、鍵盤顯示、信號調理等關鍵電路。如圖3-7流電通過不可控全橋整流和濾波后作為由6個IGBT功率開關電源主電路母線電壓。TMS320F2812控制電路通過接收上位，結合反電勢檢測電路輸出PWM調制信號給逆變電源功率驅動過將PWM信號隔離放大后來驅動逆變電源的6個IGBT功率開交替^u通與關斷來控制電機繞組的換相順序，從而驅動電機12位ADC(數模轉換)單元負責直流母線的電流、電壓檢測，B是專門用于電機PWM控制的單元，EVA輸出的六路PWM調制三相全橋逆變電源上的六個IGBT開關管，而在系統發(fā)生制路PWM調制信號給直流母線上的制動IGBT^u關管，完成系

這樣勢必會引起繞組中非換相相電流的脈動，從而產生換相轉矩脈動。已有的研究表明：電機在高速和低速運行時產生的波動現象各不相同(如圖5-4所示)。圖5-1為常規(guī)控制方法下電機某相反電勢與非換相相電流仿真圖(在仿真時設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，下半幅為對應反電勢波形。由仿真結果可知：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，但在換相期間產生的電流脈動比非換相期間更加明顯。由式(5-31)可知，在換相期間轉矩脈動比非換相期間也會更加突出，，下面重點分析在換相過程中，換相電流與換相轉矩脈動產生機理。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°導通方式時無刷直流電機等效電路圖及理想三相反電勢波形圖。其中
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM33

【參考文獻】

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本文編號：2531806