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无刷直流电机控制系统的研究

陶泽安  
【摘要】: 无刷直流电机体积小、重量轻、结构简单,既具有普通直流电机的良好调速性能,又不需要机械换向装置,可靠性强,效率高。由于具有上述诸多优点,无刷直流电机在电动工具领域有着广阔的应用前景,研究以无刷直流电机为动力核心的电动剪刀控制系统具有重要意义。 本文首先介绍了无刷直流电机的特点及其控制技术的研究现状,在对无刷直流电动机工作原理分析的基础上,建立了无刷直流电动机的数学模型。 其次,本文根据电动剪刀的工作原理及工作特性,确定了电动剪刀用无刷直流电机的无位置传感器控制方案。详细分析了“反电势法”无刷直流电机控制原理,深入研究了反电势过零检测方法,设计了反电势过零检测电路,并对检测电路转子位置误差进行了分析,并给出了补偿方法。然后,根据电动剪刀对电机的高转速要求,分析了无特殊方法控制的无刷直流电机在高速运行中存在的问题,提出一种基于相位超前角的方法来提高无刷直流电机的调速范围,并加以仿真证明,仿真结果表明,该方法能够增大无刷直流电机的调速范围并能够使得无刷直流电机在额定转速以上实现恒功率控制。 接着,本文给出了无刷直流电机无位置传感器系统的软硬件设计,在系统的硬件设计中,首先介绍了系统的整体结构,给出了系统总体硬件电路设计方案,包括DSPIC30F3010外围电路、信号调理电路和功率驱动电路等主要电路设计,同时,对位置信号检测电路、母线电流检测电路及电源模块电路进行了设计。在系统的软件设计中,本文对软件电流检测策略、开环起动策略、起动程序设计、过零检测的程序设计等问题做了详细探讨。 最后,本论文对无位置传感器无刷直流电机控制系统的起动、运行以及相位超前实验结果进行了分析,实验结果表明该系统性能良好。


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