在目前全球能源危機(jī)和溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重的情況下，電動車(Electric Vehicle)以其無污染、低噪聲、效率高，便于操作等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的青睞。本課題與華中科技大學(xué)辜承林教授聯(lián)合，為蘇州益高電動車輛制造有限公司設(shè)計(jì)旅游車無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。課題結(jié)合現(xiàn)代CPU技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和電力電子技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款以無位置傳感器無刷直流電機(jī)為動力的大功率汽車輪轂驅(qū)動控制器。 本課題采用辜老師設(shè)計(jì)的“橫向磁通無刷直流電動機(jī)”為控制對象。本文首先分析了無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和無位置傳感器的反電勢過零點(diǎn)檢測的基本原理，從整體上對控制系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行了討論并確定了整體設(shè)計(jì)方案。在課題中，本人采用DSP 2407A作為控制核心，以功率MOS管為逆變器件，研制出系統(tǒng)硬件，用C語言編制了系統(tǒng)軟件。鑒于該課題在大電流等級的無刷直流電機(jī)應(yīng)用中，國內(nèi)外尚無先例，本項(xiàng)目在開發(fā)實(shí)驗(yàn)中，對無位置傳感器無刷電機(jī)的起動和反電勢過零檢測作了大量的研究工作，取得許多有益的科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過對電機(jī)的起動過程和位置檢測方法進(jìn)行的一些有效改進(jìn)措施，使得電機(jī)達(dá)到較好的運(yùn)行性能和操控特性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案有效可行，研制的無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制器達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)期基本性能指標(biāo)。
標(biāo)簽： 無刷直流電機(jī) 電動汽車 驅(qū)動控制器
上傳時(shí)間： 2013-04-24
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高速電機(jī)由于轉(zhuǎn)速高、體積小、功率密度高，在渦輪發(fā)電機(jī)、渦輪增壓器、高速加工中心、飛輪儲能、電動工具、空氣壓縮機(jī)、分子泵等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。永磁無刷直流電機(jī)由于效率高、氣隙大、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，因此特別適合高速運(yùn)行。高速永磁無刷直流電機(jī)是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，其主要問題在于：（1）轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子動力學(xué)；（2）轉(zhuǎn)子損耗和溫升。本文針對高速永磁無刷直流電機(jī)主要問題之一的轉(zhuǎn)子渦流損耗進(jìn)行了深入分析。轉(zhuǎn)子渦流損耗是由定子電流的時(shí)間和空間諧波以及定子槽開口引起的氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的。首先通過優(yōu)化定子結(jié)構(gòu)、槽開口和氣隙長度的大小來降低電流空間諧波和氣隙磁導(dǎo)變化所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子渦流損耗；通過合理地增加繞組電感以及采用銅屏蔽環(huán)的方法來減小電流時(shí)間諧波引起的轉(zhuǎn)子渦流損耗。其次對轉(zhuǎn)子充磁方式和轉(zhuǎn)子動力學(xué)進(jìn)行了分析。最后制作了高速永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。論文主要工作包括： 一、采用解析計(jì)算和有限元仿真的方法研究了不同的定子結(jié)構(gòu)、槽開口大小、以及氣隙長度對高速永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。對于2極3槽集中繞組、2極6槽分布疊繞組和2極6槽集中繞組的三臺電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比，利用傅里葉變換，得到了分布于定子槽開口處的等效電流片的空間諧波分量，然后采用計(jì)及轉(zhuǎn)子集膚深度和渦流磁場影響的解析模型計(jì)算了轉(zhuǎn)子渦流損耗，通過有限元仿真對解析計(jì)算結(jié)果加以驗(yàn)證。結(jié)果表明：3槽集中繞組結(jié)構(gòu)的電機(jī)中含有2次、4次等偶數(shù)次空間諧波分量，該諧波分量在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生大量的渦流損耗。采用有限元仿真的方法研究了槽開口和氣隙長度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，在空載和負(fù)載狀態(tài)下的研究結(jié)果均表明：隨著槽開口的增加或者氣隙長度的減小，轉(zhuǎn)子損耗隨之增加。因此從減小高速永磁無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子渦流損耗的角度考慮，2極6槽的定子結(jié)構(gòu)優(yōu)于2極3槽結(jié)構(gòu)。 二、高速永磁無刷直流電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的電流波形中含有大量的時(shí)間諧波分量，其中5次和7次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場以6倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，11次和13次時(shí)間諧波分量合成的電樞磁場以12倍轉(zhuǎn)子角速度相對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這些諧波分量與轉(zhuǎn)子異步，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)、永磁體和轉(zhuǎn)軸中產(chǎn)生大量的渦流損耗，是轉(zhuǎn)子渦流損耗的主要部分。首先研究了永磁體分塊對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，分析表明：永磁體的分塊數(shù)和透入深度有關(guān)，對于本文設(shè)計(jì)的高速永磁無刷直流電機(jī)，當(dāng)永磁體分塊數(shù)大于12時(shí)，永磁體分塊才能有效地減小永磁體中的渦流損耗；反之，永磁體分塊會使永磁體中的渦流損耗增加。為了提高轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度，在永磁體表面通常包裹一層高強(qiáng)度的非磁性材料如鈦合金或者碳素纖維等。分析了不同電導(dǎo)率的包裹材料對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響。然后利用渦流磁場的屏蔽作用，在轉(zhuǎn)子保護(hù)環(huán)和永磁體之間增加一層電導(dǎo)率高的銅環(huán)。有限元分析表明：盡管銅環(huán)中會產(chǎn)生渦流損耗，但正是由于銅環(huán)良好的導(dǎo)電性，其產(chǎn)生的渦流磁場抵消了氣隙磁場的諧波分量，使永磁體、轉(zhuǎn)軸以及保護(hù)環(huán)中的損耗顯著下降，整體上降低了轉(zhuǎn)子渦流損耗。分析了不同的銅環(huán)厚度對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響，研究表明轉(zhuǎn)子各部分的渦流損耗隨著銅屏蔽環(huán)厚度的增加而減小，當(dāng)銅環(huán)的厚度達(dá)到6次時(shí)間諧波的透入深度時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗減小到最小。 三、對于給定的電機(jī)尺寸，設(shè)計(jì)了兩臺電感值不同的高速永磁無刷直流電機(jī)，通過研究表明：電感越大，電流變化越平緩，電流的諧波分量越低，轉(zhuǎn)子渦流損耗越小，因此通過合理地增加繞組電感能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗。 四、研究了高速永磁無刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題。對比分析了平行充磁和徑向充磁對高速永磁無刷直流電機(jī)性能的影響，結(jié)果表明：平行充磁優(yōu)于徑向充磁。設(shè)計(jì)并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子：單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)和兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)。對兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了轉(zhuǎn)子動力學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)研究表明：由于轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)不合理，單端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到40，000rpm以上時(shí)，保護(hù)環(huán)和定子齒部發(fā)生了摩擦，破壞了轉(zhuǎn)子動平衡，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行失敗，而兩端式軸承支撐結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子成功運(yùn)行到100，000rpm以上。 五、最后制作了平行充磁的高速永磁無刷直流電機(jī)樣機(jī)和控制系統(tǒng)，進(jìn)行了空載和負(fù)載實(shí)驗(yàn)研究。對比研究了PWM電流調(diào)制和銅屏蔽環(huán)對轉(zhuǎn)子損耗的影響，研究表明：銅屏蔽環(huán)能有效的降低轉(zhuǎn)子渦流損耗，使轉(zhuǎn)子損耗減小到不加銅屏蔽環(huán)時(shí)的1/2；斬波控制會引入高頻電流諧波分量，使得轉(zhuǎn)子渦流損耗增加。通過計(jì)算繞組反電勢系數(shù)的方法，得到了不同控制方式下帶銅屏蔽環(huán)和不帶銅屏蔽環(huán)轉(zhuǎn)子永磁體溫度。采用簡化的暫態(tài)溫度場有限元模型分析了轉(zhuǎn)子溫升，有限元分析和實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了銅屏蔽環(huán)的有效性。
標(biāo)簽： 無刷直流 電機(jī)轉(zhuǎn)子 渦流損耗
上傳時(shí)間： 2013-05-18
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無刷直流電機(jī)是一種性能優(yōu)越、應(yīng)用前景廣闊的電機(jī)，應(yīng)用傳統(tǒng)的控制理論對其進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，在此基礎(chǔ)上研發(fā)出的各種調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。因此，無刷直流電機(jī)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用，在很大程度上依賴于對一些先進(jìn)控制策略的研究。 為了改進(jìn)無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，本文基于灰色控制理論建立了無刷直流電機(jī)灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)模型。常規(guī)的PID控制以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)至今仍被廣泛采用。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，PID控制性能優(yōu)良，但無刷直流電機(jī)是一種多變量、非線性的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制器難以克服電機(jī)自身參數(shù)不確定和擾動帶來的轉(zhuǎn)速偏差問題，無法實(shí)現(xiàn)精確快速的控制。灰色控制器是在繼承經(jīng)典PID控制器不依賴于對象模型優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)經(jīng)典PID固有缺陷而形成的新型控制器，性能優(yōu)良并且算法簡單。該控制器設(shè)計(jì)不需要建立電機(jī)的精確數(shù)學(xué)模型，對參數(shù)變化和負(fù)載擾動不敏感。系統(tǒng)較好地實(shí)現(xiàn)了給定速度參考模型的自適應(yīng)跟蹤，結(jié)構(gòu)簡單，能適應(yīng)環(huán)境變化，具有較強(qiáng)的魯棒性。 本文以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，把無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分為確定部分與不確定部分，對被控對象的不確定部分建立灰色模型，進(jìn)行灰色預(yù)估補(bǔ)償，使控制系統(tǒng)的灰量得到一定程度的白化。對所提出的無刷直流電機(jī)灰色PID控制調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，對仿真結(jié)果給出理論分析；以TMS320F2812型DSP為核心控制器建立了無刷直流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于灰色PID控制算法的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)受電機(jī)參數(shù)變化影響較小，具有較高的控制精度和魯棒性，表現(xiàn)出優(yōu)良的動、靜態(tài)性能。
標(biāo)簽： 控制 無刷 直流電機(jī)調(diào)速
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本課題提出了一套采用直流斬波技術(shù)的永磁無刷直流電機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。一方面研制了一種新穎的端電壓邏輯換相控制策略，它通過分析電機(jī)三相繞組端電壓的大小關(guān)系得出控制逆變橋開關(guān)管導(dǎo)通的信號。結(jié)合電機(jī)預(yù)定位起動原理，設(shè)計(jì)出的端電壓邏輯信號分析處理電路，有效克服了電機(jī)起動的困難，確保電機(jī)的順利起動，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中得到了論證。這種完全用硬件電路來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電子換相，無疑大大降低了控制系統(tǒng)的成本，具有一定的實(shí)用價(jià)值。另一方面采用直流斬波技術(shù)的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，從而大大減小了電流的脈動。本文闡述的方法不但適用于一般的三相四線制無刷直流電機(jī)，還適用于三相三線制的電機(jī),從而擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍。 本論文先對無位置傳感器永磁無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹；然后分別著重介紹了兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)工作：無刷直流電機(jī)的驅(qū)動控制和采用直流斬波技術(shù)的調(diào)速系統(tǒng)；最后給出了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論。 根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的無位置傳感器永磁無刷直流電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平滑起動、無振動和失步現(xiàn)象，具有良好的調(diào)速性能。
標(biāo)簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流
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由于電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）系統(tǒng)具有高性能、高效率、低成本、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，電動助力轉(zhuǎn)向技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向（HPS），成為轉(zhuǎn)向助力技術(shù)的主流。 @@ 本文在詳細(xì)了解EPS系統(tǒng)性能要求和工作原理的基礎(chǔ)上，對各種已有的EPS助力電機(jī)進(jìn)行了總結(jié)和比較。對比結(jié)果表明，無刷直流電機(jī)（BLDC）憑借其顯著的優(yōu)點(diǎn)，成為EPS助力電機(jī)的較優(yōu)選擇。 @@ 無刷直流電機(jī)作為一種由電動機(jī)本體和驅(qū)動器組成的機(jī)電一體化產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的直流電機(jī)一樣，具有良好的起動和調(diào)速性能，并且由于用電子換向取代了機(jī)械換向，不存在傳統(tǒng)直流電機(jī)的換向火花和機(jī)械噪聲，在許多性能要求比較高的場合已得到普遍應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍還在進(jìn)一步擴(kuò)展。然而，BLDC電機(jī)作為EPS系統(tǒng)的助力電機(jī)也并非全無缺點(diǎn)。永磁電機(jī)中固有的齒槽轉(zhuǎn)矩的存在，以及由于采用120°換向工作模式造成的轉(zhuǎn)矩波動，都會嚴(yán)重影響EPS系統(tǒng)的操控性能。 @@ 本課題針對無刷直流電機(jī)在汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的應(yīng)用，根據(jù)EPS系統(tǒng)對助力電機(jī)的要求，設(shè)計(jì)了一臺轉(zhuǎn)向助力用永磁無刷直流電動機(jī)，并使用有限元方法對電機(jī)性能進(jìn)行了分析。為了反映參數(shù)變化對電機(jī)性能的影響，從而為電機(jī)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，我們還用場路耦合的解析算法對電機(jī)性能進(jìn)行了分析。在分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對永磁電機(jī)中的齒槽轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了研究，并針對樣機(jī)提出了齒槽轉(zhuǎn)矩的削弱方法，然后使用三維有限元的方式對所提出的方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。 @@ 根據(jù)EPS系統(tǒng)的工作原理，探討了助力電機(jī)的控制策略，并設(shè)計(jì)了帶傳感器的無刷直流電機(jī)的控制系統(tǒng)。分別完成控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 @@關(guān)鍵詞：EPS、無刷直流電機(jī)、電機(jī)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、有限元、控制器設(shè)計(jì)
標(biāo)簽： EPS 汽車 無刷直流電動機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-29
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無刷直流電機(jī)以體積小、重量輕、效率高、調(diào)速性能好、無換向火花及無勵磁損耗等諸多優(yōu)點(diǎn)被大量應(yīng)用于家電、交通、醫(yī)療器械、數(shù)控機(jī)床及機(jī)器人等領(lǐng)域，現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展對無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求也越來越高。可以預(yù)見，隨著永磁材料和電力電子器件價(jià)格進(jìn)一步的降低，無刷直流電機(jī)驅(qū)動理論的研究不斷深入，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用前景將更加廣泛。 本文通過閱讀大量文獻(xiàn)資料，介紹了無刷直流電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀、研究動態(tài)及工作原理等。在控制策略上，采用了基于智能控制思想的模糊控制，其特點(diǎn)是不依賴于對象模型，利用制定的控制規(guī)則進(jìn)行了模糊推理從而獲得合適的控制量。運(yùn)用Matlab/Simulink對控制系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真，其中速度環(huán)采用模糊PI調(diào)節(jié)，電流環(huán)采用傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)，為后面的實(shí)驗(yàn)提供了理論分析的基礎(chǔ)。 結(jié)合無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，利用電機(jī)內(nèi)部的霍爾元件檢測轉(zhuǎn)子位置。根據(jù)模糊控制器的設(shè)計(jì)方法，給出了模糊控制查詢表。采用TI公司的數(shù)字信號處理器TMS320F2812作為主控芯片，在硬件上設(shè)計(jì)了整流電路、逆變電路、驅(qū)動電路、調(diào)理及保護(hù)電路等；在DSP軟件開發(fā)環(huán)境CCS下，采用C語言和匯編語言進(jìn)行了混合編程，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子位置信號的讀取、PWM波的產(chǎn)生、AD采樣、速度模糊PI調(diào)節(jié)及電流調(diào)節(jié)等功能。 通過對整個(gè)控制系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。相對傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)，采用模糊PI控制的系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、超調(diào)量小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了無刷直流電機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。最后對整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)，對后續(xù)的工作給出了自己的見解。
標(biāo)簽： DSPF 2812 無刷直流電機(jī)
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本文簡要介紹了無刷直流電動機(jī)的發(fā)展歷程和未來的發(fā)展趨勢。通過分析無刷直流電動機(jī)工作的基本原理和無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立了基于Simulink的動態(tài)仿真模型。通過對無位置傳感器無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測算法的分析和磁鏈與轉(zhuǎn)子位置的相應(yīng)關(guān)系的分析，本文使用磁鏈關(guān)系函數(shù)判斷轉(zhuǎn)子位置的算法，并基于Simulink建立了算法模型進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證，從仿真得到的結(jié)果可知，此位置檢測算法是可行的。 @@ 在文中進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩脈動原因分析，并對換相轉(zhuǎn)矩脈動進(jìn)行補(bǔ)償。在低速時(shí)采用電流滯環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償，高速時(shí)采用單斬波調(diào)制方式進(jìn)行補(bǔ)償。通過對三段式啟動方法的分析和結(jié)合本文所采用的轉(zhuǎn)子位置檢測算法，本文采用兩步啟動方式，通過仿真分析證明是可行的。分析了經(jīng)典PID調(diào)節(jié)算法和專家PID調(diào)節(jié)算法。對傳統(tǒng)PID控制中出現(xiàn)的問題，本文把變參數(shù)PID調(diào)節(jié)算法應(yīng)用到無位置傳感器無刷直流電動機(jī)控制上。并建立了仿真模型，進(jìn)行仿真分析。從仿真分析的結(jié)果可知其控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)算法。 @@ 文中介紹了TMS320LF2407A芯片和IR2130功率集成驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中以TMS320LF2407A芯片為核心，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)電路、功率驅(qū)動電路、電流電壓檢測電路、功率管過電壓保護(hù)電路、啟動限流電路、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路。 @@ 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，主要實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的起停、轉(zhuǎn)子位置計(jì)算、轉(zhuǎn)速計(jì)算和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的功能。用DSP實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制輸出和信號采樣。 @@關(guān)鍵詞：無位置傳感器；無刷直流電動機(jī)；間接位置檢測；磁鏈關(guān)系函數(shù)
標(biāo)簽： DSP 無位置傳感器 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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無刷直流電動機(jī)利用電子換相器代替了直流電動機(jī)的機(jī)械電刷和換向器，不但具有直流電機(jī)的調(diào)速性能，而且體積小、效率高，在許多領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用。采用無位置傳感器控制技術(shù)，不但可以克服有位置傳感器的諸多弊端，而且還進(jìn)一步拓展了無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。近些年來，無位置傳感器無刷直流電動機(jī)控制技術(shù)成為大家研究的熱點(diǎn)之一。 本課題緊扣研究熱點(diǎn)，以方波無刷直流電動機(jī)為控制對象，設(shè)計(jì)了一套無位置傳感器無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用TMS320LF2407ADSP芯片作為控制核心，運(yùn)用反電動勢過零點(diǎn)檢測原理和預(yù)定位與升頻升壓相結(jié)合的啟動方法，實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電動機(jī)的控制。為了提高系統(tǒng)的調(diào)速性能，控制方法采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制。 首先，本文研究了無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、性能、工作原理及數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)學(xué)模型在Matlab/Simulink環(huán)境中建立無刷直流電動機(jī)的仿真模型。接著，給出了系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)方案，對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)--反電動勢過零點(diǎn)及其相位補(bǔ)償原理、啟動、單神經(jīng)元PID轉(zhuǎn)速控制器以及PWM產(chǎn)生電路進(jìn)行了深入的研究。 然后，根據(jù)控制系統(tǒng)總體方案和系統(tǒng)功能要求，進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中，主要進(jìn)行了DSP最小系統(tǒng)、電流和轉(zhuǎn)子位置檢測電路、IR2130驅(qū)動電路等方面電路的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)出了主程序和A/D中斷程序。其中，主程序包括DSP系統(tǒng)設(shè)置、變量初始化、電機(jī)正反轉(zhuǎn)選擇、電機(jī)啟動、速度計(jì)算及顯示等方面程序；A/D中斷程序包括反電動勢計(jì)算、換相時(shí)刻計(jì)算、電流轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序等方面程序。 最后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電機(jī)啟動快速、穩(wěn)定，具有較寬的調(diào)速范圍。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
標(biāo)簽： 無位置傳感器 控制系統(tǒng) 無刷直流電動機(jī)
上傳時(shí)間： 2013-07-08
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永磁同步電機(jī)是同步電機(jī)的一個(gè)重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機(jī)相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維護(hù)更方便。現(xiàn)代電氣傳動控制的發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無論在矢量控制還是標(biāo)量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機(jī)軸上安裝一個(gè)速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進(jìn)不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機(jī)研究的熱點(diǎn)。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎(chǔ)上，將其引入到永磁同步電機(jī)無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)強(qiáng)耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實(shí)際中普遍采用的泰勒展開式截?cái)嗟姆椒ǎ瑢﹄姍C(jī)方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機(jī)系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測量噪聲模型，形成擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。擴(kuò)展卡爾曼濾波器將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進(jìn)行實(shí)時(shí)估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴(kuò)展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時(shí)不變序列，因此可以直接應(yīng)用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴(kuò)展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務(wù)，易于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，不僅具備擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢，而且在某些性能方面超越了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎(chǔ)，以永磁同步電機(jī)為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設(shè)計(jì)了電機(jī)狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。整個(gè)方案在不增加成本的基礎(chǔ)上，充分利用數(shù)字信號處理器（DSP）豐富的資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，通過檢測電機(jī)相電流，實(shí)時(shí)估算出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機(jī)控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實(shí)踐，應(yīng)用于實(shí)際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機(jī)無速度傳感器控制方面的性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；無速度傳感器；卡爾曼濾波
標(biāo)簽： 卡爾曼 濾波算法 永磁同步電機(jī)
上傳用戶：lifangyuan12
隨著人們生活水平的提高，肥胖逐漸成為一種社會疾病，肥胖容易使人患上阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至危及生命。研制性能良好低成本的呼吸機(jī)有很好的實(shí)際意義。本論文論述了一種基于dsPIC30F3010控制器及無刷直流電機(jī)(BrushlessDirectCurrentMotor，簡稱BLDCM)的呼吸機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)了反電勢法無位置傳感器無刷直流電機(jī)的運(yùn)行控制。 論文從基本電磁定律出發(fā)，分析了無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了“反電勢法”無刷直流電機(jī)控制原理，深入研究了三種反電勢過零檢測方法，并對檢測電路移相產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子位置誤差進(jìn)行了分析，給出了補(bǔ)償方法。 對無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制中的關(guān)鍵問題——起動方法進(jìn)行研究，介紹了“反電勢法”無刷直流電機(jī)控制常用的起動方法，深入討論了“三段式”起動技術(shù)。針對傳統(tǒng)“三段式”起動的缺點(diǎn)，論文提出了一種新的外同步到自同步的切換方式。 綜合上述，本系統(tǒng)以dsPIC30F3010單片機(jī)為控制器，設(shè)計(jì)了“反電勢法”無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制系統(tǒng)的硬件電路，詳細(xì)介紹了電路各個(gè)組成部分的工作原理，同時(shí)介紹了控制系統(tǒng)中采用的硬件抗干擾措施。結(jié)合dsPIC30F3010的特點(diǎn)，充分利用其片內(nèi)的資源，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)能夠控制電機(jī)順利起動，而且實(shí)現(xiàn)了電機(jī)正確的換相和穩(wěn)定的運(yùn)行。
標(biāo)簽： 便攜式 呼吸機(jī) 無位置傳感器
上傳時(shí)間： 2013-07-26
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