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无刷直流电机无位置传感器控制及四开关逆变器控制研究

李志强  
【摘要】: 无刷直流电机具有调速范围宽、功率密度高、电磁污染小、运行可靠等显著优点,在伺服控制、电动车辆、机器人技术及家用电器等工业和民用领域得到了越来越广泛的应用。为进一步提高其性能,本文主要从无位置传感器控制、新型逆变器拓扑结构控制及智能控制等方面进行了深入研究。 为提高无刷直流电机无位置传感器控制的可靠性,本文分析了线反电势与换相时刻对应关系,对传统反电势法进行了改进,研究了无需移相π/3电角度的无刷直流电机转子位置检测方法。通过总结线反电势变化规律、提出新的线反电势检测方法及对滤波误差相移补偿,实现了基于线反电势的无刷直流电机无位置传感器控制,并进行了仿真和实验验证。该策略硬件电路结构简单,算法易于实现,避免了传统反电势法在移相π/3电角度过程中带来的误差,提高了位置检测的快速性与准确度。 随着无刷直流电机的广泛应用,越来越多的学者关注于维持电机高性能的同时降低驱动系统成本。针对无刷直流电机的四开关逆变器拓扑结构,本文分析了电机C相电流与电机工作模式的关系,通过重新设计控制策略,改进了对四开关逆变器控制需要检测两相电流的方法,实现了基于C相电流的四开关逆变器无刷直流电机单电流传感器控制。该策略在四开关逆变器基础上,进一步节省了成本,同时保证了电机的性能,为无刷直流电机控制技术的发展提供了新的思路。 传统的PID控制算法在控制非线性系统时随动性差,不易满足高精度伺服系统的控制要求。本文研究了基于小脑模型神经网络与PID复合控制的智能控制系统,通过小脑模型神经网络强大的映射能力,来实现参数的在线调节,使无刷直流电机在不同的运行环境下都能快速、准确的跟踪给定指令。仿真与实验结果表明,控制系统兼顾了常规控制器快速性及智能控制器精确性的优点,转速超调量小,调节时间短,有效的抑制了负载扰动的影响,具有较好的静态和动态性能。 电梯门机是无刷直流电机驱动系统的一个应用方向,为提高电梯门机的安全性与舒适性,本文设计了无位置传感器控制的无刷直流电机电梯门机控制系统。该系统以TMS320F2812 DSP数字信号处理器为控制核心,主要包括电源电路、驱动电路、逆变器、信号检测与保护电路、光耦隔离电路等部分。系统实现了电梯门机的门宽自学习、平滑变速门机运行曲线及遇阻安全保护等功能,节省了成本,减小了开关门噪音,提高了运行可靠性。


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