文献综述
题目：无传感器无刷直流电机速度控制系统设计导师：赵金、何衍
作者：彭振峰
日期：2012年2月26日
题目：无传感器无刷直流电机速度控制系统设计
The Design of Sensorless Brushless DC Motor Drive
摘要：
随着无刷直流电机（BLDC）的应用越来越广泛，使用无传感器控制的驱动方式已经成为研究的热点和发展趋势。本文为无刷直流电机无传感器控制方式的综述，总结了无刷直流电机的无传感器控制方案研究的现状、研究方向、进展情况及存在的问题，介绍了多种无位置传感器情况下无刷直流电机的启动方式及如何利用电机运行过程中的电磁信号来获取转子位置信息，以取代位置传感器的功能，达到良好的控制效果。
引言：
无刷直流电机具有控制方便、功率密度高、运行可靠、结构紧凑等显著优点，在伺服系统、电动车辆、机器人及家用电器等领域得到了越来越广泛的应用，但由于位置传感器带来的额外费用及无法在苛刻条件下使用等缺陷使得人们不得不开始研究无位置传感器的控制方式。无传感器控制的关键技术之一为利用电机运行过程中的电磁信号来准确推算出转子位置，完成电流换向，实现位置传感器的功能。在电机静止或者运行速度很慢的情况下，很难由微弱的电磁信号来获取准确的位置信号，因此电机的顺利启动也是一个极为关键的步骤。在过去的三十年里，各种各样构思巧妙的无传感器控制方案被相继提出，调速范围也不断得到扩展。特别是近年来，随着数字信号处理技术的飞速发展，大量高速度高精度的微处理器、数字信号处理器（DSP）相继问世，在实时性和精度保证下，无传感器控制方案也向更加复杂更加智能的方向发展。结合了模糊控制、智能控制等先进控制方式的算法大大提高了电机控制系统的鲁棒性。
国内外研究现状：
1.检测及控制方案：
根据不同的转子位置检测技术，无刷直流电机的无传感器控制方案可以大致分为以下几类：
1.1反电动势法：理想的无刷直流电机的反电动势及驱动电流波形如图1所示：
图1：无刷直流电机的反电动势及驱动电流波形
常用的无刷直流电机驱动电路及其等效电路如图2所示[17]：
图2：无刷直流电机的驱动电路及等效电路（染色部分）
1.1.1传统的反电动势检测
对于使用120°导通方式的全桥驱动电路，无刷直流电机中在任何时刻都只有两相是导通的，另一相处于悬空状态，因此可以将悬空着的另一相作为传感器。Kenichi Hzuka 等人提出了使用反电动势过零检测来实现换向的方法[1]。通过检测悬空相反电动势的过零点，并经过30°电角度的延时后，就可以得到下一个换向时刻。这是反电动势过零检测法实现换向的雏形。为了降低噪声干扰，提高检测的精度，需要使用低通滤波器来处理检测信号。另一方面，延迟30°电角度的时间与电机的转动速度有关，因此在电机加速或者减速运行时，延迟时间精确度会受到影响，进而影响电机的控制性能。同时，由于低通滤波器的引入，滤波带来的延时也需要考虑。[2]中详细讨论了反电动势过零检测后的相位修正处理方法。以最常用的分压并经过电容滤波来处理检测信号为例（见图3），则由于滤波处理带来的相角移位为
（1）
21212arctan R R Cf
R R +=πα其中f 为反电动势运行频率。由式（1）可知，在不同的运行速度下，低通滤波器带来的相角移位也不同。因此，需要根据检测到的反电动势来推算出电机的运行速度，以做出准确的相位补偿。
图3：RC 低通滤波器
由于反电动势正比于电机运转速度，在电机静止或者低速运行时，反电动势不存在或者很弱，因此增大了检测的难度，降低了检测的精度，使得该无传感器控制方案在静止或者低速下无法使用。通常的无传感器控制系统中，首先并没有使用反电动势信息，而是使用另外的方法将电机启动到一定速度后才开始切换到无传感器控制方案。
正是由于反电动势检测法的这些特性，电机在低速及高速情况下性能不佳，调速范围大体限制在1000-6000rpm 内[3]。
1.1.2续流二极管通断检测法
Satoshi Ogasawara 和Hirofumi Akagi 学者提出了一种间接检测反电动势的方法，该方法大大提高了调速范围和检测精度[4]。在以120°电角度导通的Y 型联结的无刷直流电机中，
总有一相是开路的。为了实现对转速的控制，将PWM 信号叠加到逆变器的控制开关信号上，如图4所示：
图4：在可变斩波控制下的驱动信号
当PWM 为ON 状态时，即有两相被激励时（假设该两相为A 相和B 相），则在这两相中有电流流过；在PWM 切换到OFF 后的一段时间内，由于电感的作用仍然有电流流过。此时三相定子线圈的中位点的电压为
（2）
c n e v 2
1=C 相端电压为（3）
223F CE
c C V V e V ?+=其中和为开关管和续流二极管的前向压降，二者的值均很小。当满足
CE V F V C V （4）
F C V V ?<时，C 相低电压端的续流二极管就会导通。由于、电压值很小，当略小于0时式
CE V F V C e （4）成立。通过检测该续流二极管的通断情况可以得到反电动势的过零点。如图5所示：
C e
图5：C 相低电压端续流二极管通断检测的简化电路
该电路通过检测各相低电压端的续流二极管的通断情况来间接实现检测反电动势过零，是对直接反电动势过零检测的扩展。正是由于续流二极管的高灵敏性，该方案能适用在更低速的情况下。根据[4]中的数据，该方案的调速范围为45-2300rpm 。在45rpm 的低速情况下就能正常工作，这无疑大大简化了电机的启动步骤。
由于续流二极管导通检测法是在PWM 为OFF 状态下检测的，因此PWM 占空比被相应地限制了。过高的占空比将导致PWM 处于OFF 状态的时间过短，增加检测的难度。同时，为实现高精度的电流检测，相比传统的反电动势过零检测方法，该方案需要更多的附加电路，一定程度上增加了成本。
1.1.3线反电动势检测
针对传统的相反电动势检测法需要做30°电角度移位的缺点，[5][6]中提出了使用线反电动势过零来作为换向信号的方案。图6绘出了理想情况下线反电动势的波形：
图6：无刷直流电机线反电动势波形
从图中可以看出，线反电动势过零点即为电流的换向点。理想条件下，该方案略去了与速度相关的30°相角延时，能够及时得到准确的换向信号。但实际情况下，为了去除高频噪声的影响，必须使用低通滤波器来处理得到的信号。这样必将引入一个由滤波器带来的信号滞后，影响电机的控制性能。为了解决这个矛盾，[5]中使用了常用的RC 滤波器，然后进行相位补偿，根据由滤波器引入的相位滞后值来估计一个阈值，当线反电动势到达该阈值时即认为换向时刻到来。实际上，滤波器的相位滞后值仍与电机的运行速度相关，设计一个在全速度范围内滤波器带来的相位滞后值基本不变且能保证滤波效果的滤波器非常困难[12]。另一方面，该方案没有改善传统的相反电动势过零检测算法在低速下性能不佳的缺点。因此，该方案适用在低费用及性能要求不高的系统中。
1.1.4可变参考电平
以上所提到的检测相反电动势过零的方法中，均使用电机中定子线圈的中位点的电压作为参考电平。由于在电机的控制过程中高频PWM 开关信号导致定子线圈的中位点电压一直在不断变化，因此处理相反电动势时需要使用低频滤波器滤去高频成分。在文献[7][8][9]中，提出了一种可变参考电平的相反电动势过零检测方案。以C 相悬空时为例，检测C 相端电压，当PWM 为ON 状态时，
（5）
C DC C e V V 2
321+=当PWM 为OFF 状态时，（6）
d C C v
e V 2123?=式（5）中为逆变器源端直流电压，式（6）中为二极管正向压降。
DC V d v
根据电机控制速度的需要，当PWM 占空比很小时，采用式（6）来检测反电动势，并
注意到低速时的效果不能忽略，因此在检测到的端电压上叠加上
，补偿偏置；当PWM d v d v 2
1占空比很大时，采用式（5）来检测反电动势，此时的参考电平是。这种方式很大程DC V 21度上降低了PWM 信号引入的高频噪声，因此控制性能良好。根据[9]，调速范围可以扩展到50-2500rpm 。
1.2三次谐波法：
反电动势三次谐波检测也是一种高效的方法。通过对电枢三相相电压的简单叠加，反电动势的基波分量及一些高次谐波分量由于同相而互相叠加，可以从中提取出3次谐波分量。在任何转速及负载的情况下，3次谐波分量与转子磁势总是保持一个恒定的相位差，并且不受逆变器变流干扰的影响[11]。通过对三次谐波信号的积分，可以得到转子的磁通信号的三次谐波分量。检测磁通信号的三次谐波分量的过零点即得到换向信号。由于该方法不像反电动势检测法那样对高频信号和相移敏感，因此能获得更高的调速范围，也不需要设计高性能的滤波器。使用反电动势三次谐波检测可以达到100-6000rpm 的调速范围。
[10]中给出了使用反电动势三次谐波检测来提高电机性能的另一种途径：使用精心设计的转子结构来增加检测的精度，提高电机的性能。
1.3智能方法：
智能算法具有较强的自调节能力、鲁棒性好、对参数较为不敏感的优点。在无刷直流电机运行中，其电磁信号含有大量高频噪声，且电机的参数可能随着运行时间、外界温度等参数而发生偏移，针对这些特性，可以利用智能算法的自适应及强大的泛化能力来实现鲁棒控制。
文献[14]中利用了模糊逻辑来实现对转子位置的准确估计，收效良好。[15][16]中均以反电动势检测为基础，使用智能算法来改善电机工作性能。[15]中使用BP 神经网络与传统PID 调节器相结合的方式，以反电动势检测为基础，使用BP 神经网络来实时调节PID 参数，以在最大程度上减少由于反电动势检测偏差及相移偏差带来的影响。[16]中使用模糊逻辑作为电机转速控制的算法，调节PWM 占空比，效果优于传统控制方法。
使用智能算法来提高电机性能的方案在通常情况下分为两类，一是建立在反电动势过零检测的基础上，利用智能算法的自适应性及泛化能力修正由于反电动势检测和相位补偿带来的误差，另一种情况是设计观测器（如卡尔曼滤波器），通过检测电机电磁信号，结合电机运行时的状态方程，充分利用智能算法较好的容错性及对参数不敏感的特性估测转子位置或者磁链等信息。引入智能算法大大增加了系统的运算数据量及复杂度，但是随着高速数字信号处理器的发展，实时性和准确性都能得到保证，因此使用智能算法提高控制系统的性能是一个很好的选择。
1.4其他方法：
传统反电动势过零检测方法需要30°相移，[13]中采取了方程来检测换向点，避()θG 免了移相步骤。根据无刷直流电机的等效电路，有
其中即为反电动势项。令dt
d r λ
则
构造
由上式可以看出，与电机运行速度无关。为了消除移相的步骤，与线反电动势过()θG 零检测类似，使用线-线间的，当出现跳变时即为换向点。这种检测方式构思巧()θG ()θG 妙，但是检测得到的电压、电流信号并没有经过低频滤波器滤波，因此难免会响检测的准确性。
在另外一种独特的检测方式中，只用了四个开关管，相反电动势检测在四个开关管中实际上相当于通常情况下六个开关管驱动的电路中的线反电动势检测[6]。
2.启动方式：
对于无传感器无刷直流电机的控制来说，启动过程非常重要。只有在电机达到一定的速度情况下才能给检测电路提供足够幅度的电磁信号，因此一个好的启动方式是实现良好控制的必要前提。
2.1开环启动：
无刷直流电机在本质上是一个同步电机，开环启动就是将直流无刷电机当成一个同步电机来启动。最常用的是三段式启动方式。
文献[18]中对三段式启动方案作了深入的探究。初始定位阶段，通过对定子两相线圈的激励使得转子定位在一个已知的地方，为了减少转子的震动，提供的激励电流不宜过大。在转子稳定后，根据设计的转动方向提供相应的激励电流，并根据实际情况逐渐增大激励电流的幅值和频率。[19]中提议，对于给定的电机，在一定的电流激励下，使用一个测速仪测量电机在该激励电流下的速度变化曲线，则从开始激励到电机达到最大速度时的时间间隔即为最佳激励时间，同时，电机转速达到最大的时刻也是换向时刻，换向后重复这一步骤，直到电机
达到一定的速度为止。这种启动方式的成功率很高，但是局限性也很大，不具备通用性。当使用另外一种电机或者改变电机启动所带的负载时，必须重新进行实验以实现最优启动，这是一个不小的工作量。
电机达到足够的转速时，不能立即由开环启动的方式切换到无传感器控制方式。若作为同步电机启动时的驱动信号与无传感器控制方案得到的驱动信号之间存在较大的相位差，则很可能会出现失步或者大幅震荡，最终导致启动失败。切换之前必须调节使二者之间的相位差小于一定的范围。
2.2电感法启动：
文献[20][21][22]中提出了一种全新的启动方式，具有通用性并且能达到30°电角度的分辨率。根据定子铁芯的磁饱和效应，定子线圈的电感会随着转子位置的不同而改变，使得RL定子线圈的时间常数略有变化，因此对于给定的激励电压，不同的定子线圈会有不同的电流响应。如图7所示：
图7：不同时间常数下的电流响应。
在转子静止的情况下，各相的反电动势均为0，此时依次对不同的定子线圈组合（AB,BC,CA,AC,CB,BA）施加的同样的激励脉冲，得到各种情况下的电流响应，找出其中最大的电流值对应的线圈组合，如图8所示：
图8：启动电压向量图
在图8中，由于转子永磁体的影响，使用激励电压向量V5（即激励线圈组合AC）时会得到最快的电流响应。在激励电压施加一段时间后测量各种情况下的电流值即可找出最快电流响应的线圈组合，最佳激励时间可以根据线圈的时间常数求出。此时已经找出转子的初始位置，第一步完成。
找到转子的初始位置后，根据旋转方向可以确定接下来的激励电压向量。由于此时定子线圈中已经有了反电动势，因此不能再像确定初始位置时那样来确定转子的位置。假设此时的激励线圈为AB（对应激励电压向量V4），经过换向后为AC（对应激励向量V5），则将测试激励矢量限制在V4和V5之间。采用的方式为：使用V4长脉冲作为驱动，同时间隔性地使用V5激励，并监测这两种激励下的电流响应，当发现V5激励下的电流响应快于V4
激励下的电流响应时，开始实施换向。如此循环，直到电机达到足够的速度。
相比开环启动，这种启动方式具有较好的通用性，在电机类型或电机负载改变时仍能适用。随着DSP等高速数字信号处理器的发展，可以通过多次测量的方式来降低噪音带来的干扰。该启动方式的缺点是在加速过程中，由于交替使用了长短两种激励电压向量，且在两种不同电压向量激励下产生的转矩不同，因此存在转矩波动的问题。
总结：
反电动势过零检测仍是无传感器控制方案中的主力军。该方法应用广泛，发展臻于成熟，在中速范围内性能良好，且对硬件及软件要求不高，是低成本中性能控制器的首选方案。如何拓宽反电动势过零检测方案的调速范围是研究的主要方向[23]。
在低速范围内，反电动势三次谐波检测方案优于反电动势过零检测，且对噪音敏感度小，不需要精密的滤波器，但由于使用了积分器，因此可能存在累积误差，且三次谐波的幅值相比基波来说小很多，需要较为灵敏准确的检测器。同时，三次谐波检测的方法更适合某些特殊结构的电机的控制，也有学者在研究如何通过改变电机结构来优化三次谐波检测方案的性能[10]。
微处理器、DSP等器件的高速处理能力使得越来越多的学者向着使用复杂的观测器并结合智能算法来推测转子位置信息的方向努力。充分利用电机运行时的电磁信息，并借助于智能算法的自适应能力和泛化能力，不少控制方案在电机高速范围内得到很好的应用，这些方案具有实时性好，高性能的优势[16]。
良好的启动方式也是无刷直流电机运行必不可少的步骤。启动方式向着强通用性、稳定性的方向发展。
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一种无刷直流电动机控制系统设计
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一种无刷直流电动机控制系统设计 摘要：介绍了MOTORALA公司专门用于无刷直流电机控制的芯片MC33035和 MC33039的特点及其工作原理，系统设计分为控制电路与功率驱动电路两大部分，控制电路以MC33035/33039为核心，接收反馈的位置信号，与速度给定量合成，判断通电绕组并给出开关信号。在驱动电路设计中，采用三相Y联结全控电路，使用六支高速MOSFET 开关管组成。通过实验，电机运行稳定。 关键词：无刷直流电机;MC33035/33039;控制电路;驱动电路 Design of control system for Brushless DC Motors SUN GuanQun;SHI Ming;TONG LinYi;XU YiPing Abstract:It introduces the MOTORALA company used for the characteristics o f the chip MC33035 and MC33039 which control the brushless direct curren t motor exclusively and its work principle. The system design divides into tw o major parts: the control circuit and the power driver circuit, the control circ uit take MC33035/33039 as the core, receive feedback position signal, with th e speed to the quota synthesis, the judgment circular telegram winding and p roduces the switching signal. In the actuation circuit design, uses the three-p hase Y joint all to control the electric circuit, uses six high speed MOSFET swit ching valve to compose. Through the experiment, the electric motor moveme nt stable is reliable. Keywords:Brushless DC motor;MC33035/33039;control circuit;drive circuit 1.引言 永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机。该电机由定子、 转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成,由于没有励磁装置,效率高、结构简单、工作特 性优良,而且具有体积更小、可靠性更高、控制更容易、应用范围更广泛、制造维护更方便 等优点,使无刷电机的研究具有重大意义。 本系统设计是利用调压调速，根据调整供电PWM电源的占空比进而调整电压的方式实 现。本设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33035，它能够对霍尔传感器检测出的位置 信号进行译码,它本身更具备过流、过热、欠压、正反转选择等辅助功能, 组成的系统所需 外围电路简单，设计者不必因为采用分立元件组成庞大的模拟电路,使得系统的设计、调试 相当复杂,而且要占用很大面积的电路板。 MC33035和MC33039这两种集成芯片也可以方便地完成无刷直流电动机的正反转、 运转起动以及动态制动、过流保护、三相驱动信号的产生、电动机转速的简易闭环控制等。
肖金凤 1971年1月 生,1994年毕业于湖南大学电气与信息工程学院电机专业,学士学位,2004年毕业于湖南大学电气与信息工程学院控制工程专业,硕士学位,讲师。主要研究方向为电机智能控制、工业过程控制及综合自动化。 异步电动机无速度传感 器矢量控制系统设计 * 肖金凤1 , 黄守道2 , 李劲松 1 (1.南华大学,湖南 衡阳 421001;2.湖南大学,湖南 长沙 410082) 摘要 文章提出一种基于模糊神经网络的模型参考自适应电机转速辨识方法,将其与SVP WM 调制技术控制的变频器系统结合起来,组成了一种基于DSP 的异步电机无速度传感器矢量控制系统。具体介绍了其结构及软硬件的设计。仿真结果表明此系统动态性能好,能准确跟踪电机转速的变化。 关键词 异步电动机 无速度传感器 SVP WM 矢量控制 数字信号处理器 Fiel d Oriented Control Syste m of Speed Sensorless Based on DSP X iao Jinfeng ,Huang Shoudao ,L i Jingsong (1.N anhua Un iversity ;2.H unan Un i v ersity ) Abstract :This paper presents a ne w m et h od of i n ducti o n m otor speed identifica -ti o n .It is the co m binati o n o f f u zzy neural net w ork (FNN )w ith m odel reference adap -ti v e syste m (MRAS).W e co m bi n e this m ethod w it h the i n verter contro lled by space vector pulse w idth m odu lati o n (SVP WM )to for m a field oriented con tro l syste m o f speed senso rless based on DSP . Its struct u re and soft w are and hardw are are ana -l y zed .The S i m u lation results sho w that the contro l syste m has better dyna m ic per -f o r m ance and can accurately track the variati o n of the m otor speed . K ey w ords :I nducti o n m oto r Speed sensorless SVP WM F ield oriented con -tro l (FOC) DSP *湖南省自然科学基金资助项目(编号:02JJ Y 2089) 1 引言 异步电动机的数学模型由电压方程、磁链方 程、转矩方程和运动方程组成,是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。采用传统的控制策略对其进行控制时,动态控制效果较差。目前异步电动机控制研究工作正围绕几个方面展开:采用新型电力电子器件和脉宽调制控制技术;应用矢量控制技术及现代控制理论、智能控制技术;广泛应用数字控制系统及计算机技术;无速度传感器控制技术。本文以电机控制专用芯片 T M S320F240为核心,采用磁通、转速闭环的矢量控制策略,利用SVP WM 脉宽调制技术、无速度传感器及智能控制技术,设计了一电机控制系统。仿真结果表明该控制系统抗干扰能力强,动态性能好。 2 速度估计策略 模型参考自适应方法(MRAS)是应用较广的速度估计方法。本文设计的模型参考自适应速度估计系统为减少定子电阻的影响选择瞬时无功功率模型,同时为有效解决瞬时无功功率模型参考 40 异步电动机无速度传感器矢量控制系统设计《中小型电机》2005,32(2)
基于无刷直流电机控制系统设计与实现 发表时间：2017-10-20T11:19:09.350Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：樊圣至[导读] 为了摆脱此系统对进口技术的依赖性，应深入研究其控制系统，提升设计水平，从而实现煤矿开采的自动化。交通运输部东海第一救助飞行队摘要：无刷直流电机具备体积小、效率高以及控制精度高等优势，且在多个领域得到了广泛使用。但在部分控制系统中，外加干扰以及参数摄动等因素干扰了系统的动静态性，基于此，本文在分析无刷直流电机结构与运行原理的基础上，指出了其软硬件方面的优化控制措施，以期为此后无刷直流电机控制系统的设计工作提供更多的参考依据。 关键词：无刷直流电机；控制系统；设计与实现 1 无刷直流电机结构 电机本体、位置测算结构、电子换相逻辑等均属于无刷直流电机的组成结构，且其与永磁同步电机较为相似。相较直流电机，无刷直流电机旋转的转子为磁极，而直流电机为绕组。且定子主要由电枢绕组、定子铁芯以及其他固定部件组成，电枢绕组一般采用三相Y型绕法，而转子磁极则采用稀土永磁钢片组成，安装在转子表面。 2 无刷直流电机软硬件设计2.1系统硬件部分 2.1.1系统硬件结构 系统硬件主要包括整流电路、开关电源电路、控制芯片、信号隔离电路、调试电路、逆变功率电路以及电流电压检测与保护电路等，其具体结构如下图1所示。 图1 无刷直流电机控制系统硬件结构组成图其中键盘控制系统信息，比如完成启动、停机、速度给定以及系统参数的在线修改等工作。系统交流电源通过整流桥获得直流电源，并供给全桥逆变以及开关电源电路。而开关电源电路则为系统提供24V以及5V的直流电源，电压检测电路通过模数转换获得电压时值，通过母线电压的监控实行过压保护动作，而主控芯片则通过判断输入信息进行控制命令。 2.1.2电源部分分路 整个系统能量的主要来源便是电源，且其呈现出交流、直流以及交流的变化过程，整个电路被分为强电与弱电两个组成部分，且单相220伏的交流电在整合后会形成310伏的直流电，为逆变电路以及开关电路提供能量。首先是整流电路，包括单相全桥不可控整流电路以及电容充电电流限制电路两个组成部分，当电机功率为1.5kW时，控制器的输出能力设定为2.2kW，且上电瞬间直流电源对电容充电，断开继电器，且电流在经过电阻的过程中得到缓冲。其次是电源电路，主要由变压器、IC1以及MC7085等部分组成，其中IC1为电源的专门控制面板。且开关电源处于电压工作模式，IC1通过电压反馈调整PWM的输出功率，从而维持电源电压的稳定运行。最后是芯片电源电路，主要采用主控芯片为3.3伏的工作电平。 2.1.3主控芯片以及周边电路研究中采用适合电机控制领域的32位Cortex -M3核的单片机，可以达到较高的运算效率，且其时钟频率为72赫兹，具备丰富的外设资源。在设计管脚分配以及附属电路时应在参考专业手册的基础上进行，第一，对于引脚60的外接电路，芯片应处于下载设置状态，且系统完成后还应焊接0欧姆的电阻，以保持引脚的低电平状态。第二，对于晶振电路应采用8M外部晶体的振荡器，且电源与大地之间连接电容，以排除电源的耦合干扰。第三，PWM信号输出控制电路，应采用安全性较强的芯片，且在芯片输出后以及光电隔离之前设置74ACT244以有效控制信号的总输出。第四，键盘系统属于独立通信模块，设计时应按照协议要求编写通讯软件即可使用。 2.1.4功率器元件以及驱动电路GTO、MOSFET、GTR、IGBT以及IPM等均属于常用的功率开关元件，且设计期间，应根据元件管件的耐压程度、最大开关频率等因素进行选择。本次研究中，电机控制要求较高的开关频率；较小的导通阻抗以及较小的驱动功率，因此可以选择MOSFET、IPM以及IGBT。比较发现，IGBT具备大电流以及低导通阻抗的特点，可以保持开关频率；而IPM则在内部集成了过高电压、过大电流以及高温的检测系统，且可以在引脚处输出故障信号，降低了系统的损害率。但考虑到此次研究的试验性质，因此应选择IGBT的分立元件组建全桥逆变电路，并确定1200伏的耐压与25安的额定电流，上升时间为50毫秒。 2.1.5模拟量采集与故障电路
无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述潘萍付子义 中图分类号：ＴＭ３５１ＴＭ３４４．４文献标识码：Ａ文章编号：１００１－６８４８（２００７）０６－００９１－０２无速度传感器永磁同步电机发展与控制策略评述 潘萍，付子义 （河南理工大学，焦作４５４００３） 摘要：介绍了永磁同步电机无速度传感器控制策略，分析了无速度传感器技术研究现状，指出状态观测器法及谐波注入法是目前无速度传感器技术的研究热点。 关键词：永磁同步电机；无速度传感器；评述；控制策略；状态观测器；谐波注入法 ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＲｅｎｅｗａｎｄＳｔｒａｔｅｇｙｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭ＿ａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏＯｒＳｐｅｅｄＳｅｎｓｏｒｌｅｓｓ ＰＡＮＰｉｎｇ，ＦＵＺｉ—ｙｉ （ＨｅｎａｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ４５４００３，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ．Ｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｏｆｓｐｅｅｄｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓｔｅｃｈｏｎｏｌｏｇｙｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ，ｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｔａｔｅｏｂｓｅｒｖｅｒａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｒｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｃｕｓ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ；Ｓｐｅｅｄｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ；Ｒｅｖｉｅｗ；Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ；Ｓｔａｔｅｏｂｓｅｒｖｅｒ；Ｈａｒｍｏｎｉｃｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ Ｏ引言 永磁同步电机控制系统离不开高精度的位置和速度传感器，但在实际的系统中，传感器的存在不仅增加了系统成本，还易受工作环境影响，同时也降低了系统的可靠性，因此，无速度传感器交流调速系统成为近年研究热点¨ｊ。 １无速度传感器永磁同步电机研究及发展 无速度传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下，利用直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量，如定子电压、定子电流中提取出与速度有关的量，从而得出转子速度，并应用到速度反馈控制系统中。 国际上对永磁同步电机无速度传感器的研究始于２０世纪７０年代旧Ｊ。１９７５年，Ａ．Ａｂｂｏｎｄａｎｔｉ等人推导出了基于稳态方程的转差频率估计方法， 收稿日期：２００６—０９－２６ 基金项目：河南省杰出青年科学基金（０２１１０６０５００）；河南省重要攻关项目（９９１１０２０４２９）在无速度传感器控制领域作出首次尝试，调速比可达１０：ｌ。但由于其出发点是稳态方程，动态性能和调速精度难以保证。１９７９年，Ｍ．Ｉｓｈｉｄａ等学者利用转子齿谐波来检测转速，限于当时的检测技术和控制芯片的实时控制能力，仅在大于３００ｒ／ｒａｉｎ的转速范围取得较好的结果。１９８３年Ｒ．Ｊｏｅｔｔｅｎ首次将无速度传感器技术应用于永磁同步电机矢量控制。近年来，德国亚探工大（ＲＷＴＨＡａｃｈｅｎ）电机研究所的学者又先后开展了采用推广卡尔曼滤波器的永磁同步电机和感应电机无机械传感器调速系统的研究。美国麻省理工学院（ＭＩＴ）电机工程系的学者在１９９２年发表了采用全阶状态观测器的无传感器永磁同步电机调速系统的论文。由于状态观测器受电机参数变化的影响较大，还需要另外一个状态观测器来估计电机的参数，这样使无传感器永磁同步调速系统的估计算法变得比较复杂，同时系统还存在对负载变化比较敏感等问题。国内自９０年代中开始，也开始对永磁电机无速度传感器控制技术进行研究，但主要局限于各高等院校，研究主要还是着重于理论和仿真方面。 一９１— 万方数据
BLDC无位置传感器控制技术 2014.11.12 duguqiubai1234@https://www.doczj.com/doc/dd3596302.html, BLDC电机是一种结合了直流电机和交流电机优点的改进型电机。其转子采用永磁材料励磁，体积小、重量轻、结构简单、维护方便。BLDC电机又具有控制简便、高效节能等一系列优点，已广泛应用于仪表和家用电器等领域。 本文主要讨论高压BLDC风机无位置传感器起动和运行技术。 一、无位置传感器技术简介 BLDC电机最简单的控制方法是安装三个位置传感器，使用六步换相法控制。但传感器器会增大电机的体积和成本，另外传感器的位置精度影响电机的运行；特别对于极对数较多的电机，传感器偏差少许机械角度也可能引起电角度偏差很多。在某些恶劣环境下,如高温、潮湿、腐蚀性气体等环境，传感器易损坏，因而无法使用。 使用无位置传感器方式则可以克服上述缺点。 无传感器BLDC在性能上也存在一些不足: （1）难以实现重负载（例如额定转矩）起动。好在风机属于轻负载起动的情况。 （2）难以快速起动。例如很难实现1秒内从静止加速到全速。好在风机通常不要求很短时间内完成加速。 （3）无法实现全速范围内任意调速。有传感器BLDC能够实现0%～100%额定转速范围内的调速，而无传感器BLDC通常只能实现10%～100%额定转速范围内的调速。好在风机通常不要求10%额定转速以下运行。 经过以上分析，可以看出风机非常适合使用无位置传感器方式控制。 国内高压无位置传感器BLDC技术仍处于不成熟阶段。使用该技术的产品应以稳定可靠为主要要求，而不是以性能优越为主要要求。高压无传感器BLDC如果追求性能优越，则成本太高，技术难度过大。 风机类产品通常起动后连续工作时间较长，所以通常不要求快速起动，不也要求反复起停。
直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言 1.1 题目综述 直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。 1.2 国内外研究状况 目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来，计算机和控制技术快速发展。单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。 经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。 1.3 课题设计的主要内容 本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。本课题涉及的技术概括如下：
课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位：武汉理工大学 题目: 无速度传感器的矢量控制系统仿真 初始条件： 电机参数为：额定电压U=380V、频率50 =、定子电阻s R=0.252Ω、 f Hz 额定功率P=2.2KW、定子自感 L=0.0016H、转子电阻r R=0.332Ω、额定转速 s n=1420rpm、转子自感r L＝0.0016H、级对数p n＝2、互感m L＝0.08H、转动惯量J=0.6Kgm2 要求完成的主要任务: （1）设计系统原理图; （2）用MATLAB设计系统仿真模型； （3）能够正常运行得到仿真结果,包括转速、转矩等曲线，并将推算转速与实际转速进行比较 参考文献： [1] 洪乃刚.《电力电子和电力拖动控制系统的MATLAB仿真》.北京：机械 工业出版社，2005:212-215 时间安排： 2011年12月5日至2011年12月14日，历时一周半，具体进度安排见下表 具体时间设计内容 12.5 指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介 绍；学生确定选题，明确设计要求 12.6－12.9 开始查阅资料，完成方案的初步设计 12.10—12.11 由指导老师审核设计方案，学生修改、完善并对其进行分析 12.12－12.13 撰写课程设计说明书 12.14 上交课程设计说明书，并进行答辩 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
摘要 异步电动机具有非线性、强耦合、多变量的性质，要获得高动态调速性能，必须从动态模型出发，分析异步电动机的转矩和磁链控制规律，研究高性能异步电机的调速方案。矢量控制是目前交流电动机较先进的一种动态模型,它又有基于转差频率控制的、无速度传感器和有速度传感器等多种矢量控制方式。无速度传感器控制的高性能通用变频器是当前全世界自动化技术和节能应用中受到普遍关心的产品和开发课题。本文介绍无速度传感器的矢量控制系统的原理和Matlab仿真。 关键词：矢量控制、无速度传感器、Matlab
无速度传感器的高性能异步电动机调速系统 范钦德杜耀武 范钦德先生，上海电器科学研究所(集团)有限公司研究员级高级工程师； 杜耀武先生，上海格立特电力电子有限公司工学博士。 关键词：无速度传感器 矢量控制磁链观测 目前广泛使用的通用变频器多为VVVF控制的开环系统，明显地存在转矩小、低速性能差、稳态精确度低、动态性能(加减速性能和负载抗干扰性能)不理想等缺点。特别是低速时由于定子压降和死区电压误差的存在，使系统性能受到严重影响，甚至发生不稳定现象。而在高性能的交流电机矢量控制系统中，转速的闭环控制环节一般是必不可少的。通常，采用光电码盘等速度传感器来进行转速检测，并反馈转速信号。这样，由于速度传感器的安装会给系统带来一些问题：如安装的精确度将影响测速的精确度，并给电机的维护带来一定困难，同时破坏了异步电机的简单坚固的特点，在恶劣环境下，速度传感器工作的精确度易受环境的影响。另外，因必须安装速度传感器，对推广应用也将造成一定的影响。 作为高性能通用变频器发展方向的无速度传感器矢量控制通用变频器就是解决上述缺点而提出的现实问题。其根本目的是在保持通用变频器方便、可靠等优点的前提下，不增加硬件成本，无需速度传感器，其性能却接近带速度反馈的矢量控制系统。 无速度传感器矢量控制的核心问题是对电机磁链的观测和转子的速度进行估计，控制系统性能好坏将取决于合理的控制方案与速度辨识环节的恰当结合。上世纪70年代末国外就已经开展了此项的研究。目前较典型的估计算法有：利用电机方程式直接计算法；模型参考自适应法；扩展卡尔曼滤波法；定子侧电量FFT分析法；非线性方法。但这些方法大多从理想条件下的电机数学模型出发，在不同程度上依赖于电机的参数和运行状态。当电机参数变化时，系统控制性能变差而且有些方法过于复杂，给具体方案的实现带来了很大的困难。基于电机磁链观测的转子速度估计方法计算简便，工程上易于实现，许多高性能无速度传感器矢量控制均采用该方法。 本调速系统基于一种电机磁链混合观测模型，设计了一种无速度传感器的控制方案，实现速度闭环控制。该方法简单实用，在整个速度范围内达到了良好的性能。 一控制原理 矢量控制技术得以有效实现的基础在于异步电机磁链信息的准确获取。为进行磁场定向和磁场反
无刷电机之无感方案控制难点解析 无刷无感控制在实际应用中极为广泛，人们对它的研究也尤为以久，它的控制难点主要有两点：第一，电机的启动；第二，转子位置的检测。 对于高压无感方案来讲，除了软件上的难点之外，硬件设计也不容忽视，如硬件设计稍有不当，会导致整个控制板的干扰很大，从而加大了整个方案成功的难度。 以下我们主要针对低压的无感方案进行讨论，对于低压的无感方案来讲，市面上的硬件设计都大同小异，检测转子的位置的方式也都几乎都采用反电动势检测法。 1、为什么无感方案电机的启动如此困难？ 对于无刷电机来讲，电机的运转是靠电子开关控制换相，那么想要电机正常高效的运转，就必须要知道转子的位置之后，才能正常换相，问题来了，电机没有传感器，也没有转起来，所以转子的位置就不得而知了，所以无感的启动就要自转启动，先让电机以一定的速率自转，在电机自动的过程中，我们通过检测反电动势来得知转子的位置，从而得到正确的换相的相位。 电机的自启动说起来简单做起来难，本人在调试众多无感方案的过程中，总结出以下几点经验供参考： （1）、首先是自转，自转一定要让电机运转顺畅，不能打抖，同时也不能造成大电流。这是启动成功的非常关键的一步。具体如何达到这个效果，就要各位在调试的过程中调节PWM占空比以及换相时间的长短了。 （2）、启动步数不能太少，也不要过多，一般十来步就够了，等电机运行十来步后开始检测反电动势，当检测到正确的反电动势后这时候电机就正常运转起来了。 2、如何检测反电动势 检测反电动势的方法有两种，第一是用单片机内部AD采样反电动势信号来进行比较，第二是用比较器直接比较。这两种方法思路都是一样，但依个人的经验来看，用比较器的方案更可靠，性能更好，特别是电机转速要求非常高时，用AD采样方法几乎是行不通的。 虽然用比较器方案更有优势，可为何在市面上用AD采样的方式也非常常见？这个主要是因为产品成本的问题。用比较器方案做，要不在外部加一个比较器IC，不仅增加成本，同时也增大PCB 的布板空间，其二就是找一个内部带AD的单片机，而这种单片机相对来讲通常价格偏高一些。下图为检测反电动势的电路参考图：
无刷直流电机控制系统的Proteus仿真-机械制造论文 无刷直流电机控制系统的Proteus仿真 王家豪潘玉民 （华北科技学院电子信息工程学院，河北三河101601） 【摘要】基于Proteus软件仿真平台，提出了一种对无刷直流电机(BLDCM)控制系统实现了转速闭环控制的方案。该系统以AT89S52单片机为核心，采用IR2101芯片驱动及AD1674实现速度，并利用数码动态显示转速，通过增量式PID调节对无刷直流电机实现转速闭环稳定控制。仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。 关键词无刷直流电机(BLDCM)；Proteus；增量式PID；闭环控制 ０引言 无刷直流电机（BLDCM）既有直流有刷电机的特性，又有交流电机无刷的优点，在快速性、可控性、可靠性、输出转矩、结构、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，近年来得到迅速推广[1]。BLDCM是一种用电子换向取代机械换向的新一代电动机，与传统的直流电动机相比，它具有过载能力强，低电压特性好，启动电流小等优点。近年来在工业运用方面大有取代传统直流电动机的趋势，所以研究无刷直流电机的驱动控制技术具有重要的实际应用价值。 本设计采用增量式PID控制策略控制无刷电动机，并在Proteus平台上进行转速闭环系统仿真。搭建了无刷直流电动机转速控制系统的仿真模型，基于80C51控制核心，采用keil C51软件编写C程序。 1系统硬件组成 控制系统的硬件组成如图1所示。采用Atmel公司的AT89S52单片机为系统
控制核心、IR2101驱动的MOSFET三相桥式逆变器、无刷直流电机、A/D转换转速检测、闭环PID控制、按键检测、档位和转速显示等部分组成。 2控制系统核心及外围电路 系统核心AT89S52单片机最小系统及按键电路如图2所示。 AT89S52芯片是8位单片机，具有廉价、实用及运算快等优点，它有两个定时器，两个外部中断接口，24个I/O口，一个串行口。 单片机首先进行初始化，将显示部分（转速显示、档位显示）送显“0”然后通过中断对按键进行检测当检测到启动键按下时，系统启动，控制核心输出初始控制码，与此同时通过AD转换器读取当前的实时转速，一方面用于显示，另一方面将当前转速与设定转速送入PID控制环节然后输出下一时刻的控制码。 在本次设计中使用80C51的外部中断接口0（INT0）作按键检测（见图3），通过四个与门，当有任何一个按键按下去时tap端都会出现低电平引发中断。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/dd3596302.html, 浅谈交流电机无速度传感器控制策略 作者：吴宏宇吴兴宇史运涛 来源：《科技风》2016年第24期 摘要：目前，随着工业自动化的不断发展，交流电机将会被广泛使用。同时由于无速度 传感器技术具有低成本与高可靠性等优点，所以发展交流电机无速度传感器技术，对于提高科技生产力以及工业自动化具有极其重要的意义。本文将简要介绍高性能无速度传感器交流电机控制策略，一种是异步电机与速度自适应全阶观测器相结合，另一种永磁同步电机与滑模观测器相结合的控制方法，旨在进一步促进高性能无速度传感器交流电机控制策略的发展。 关键词：交流电机；无速度传感器；全阶观测器；滑模观测器 随着电力电子技术、微电子技术、现代电机控制理论的迅速发展，交流电机获得快速的推广与应用[ 1 ]。目前，在高性能交流电机控制领域中矢量控制[ 2 ]已经被广泛应用。在实际应用中，为了进一步提高交流电机在不同环境下运行的可靠性，交流电机无速度传感器控制技术被提出。无速度传感器控制方法主要分为两大类，一种为外部信号注入，这种方法只适应于极低速的工况运行，同时额外的信号注入会带来高损耗、噪声等问题。另一种为基于交流电机模型的方法，如：模型参考自适应[ 3 ]、卡尔曼滤波[ 4 ]、滑模观测器[ 5 ]、自适应全阶观测器[ 6 ]等方法，这些方法具有很高的控制精度以及鲁棒性。 本文将重点介绍自适应全阶观测器、滑模观测器与矢量控制在交流电机无速度传感器技术中的应用。 1 速度自适应全阶观测器 对于异步电机来说，定子磁链和电磁转矩通常无法直接得到，一般是采用实时测量的电压电流信息和电机参数，并根据电机数学模型构造观测器来对内部的状态变量进行估计。全阶观测器在较宽范围内都有很高的观测精度[ 7 ]，通过引入速度自适应环节后可以在观测定子磁链的同时估计电机转速，实现无速度传感器控制。 在全阶观测器的设计中，反馈增益矩阵与自适应率系数的设计直接关系到系统的稳定性、鲁棒性以及收敛速度[ 7 ]。为了保证系统的稳定性与收敛性，本文将介绍一种采用极点左移的方法来设计增益矩阵并对其进行简化，最终得到一个常数增益矩阵。引入速度自适应环节，可以利用李雅普诺夫函数推导出转速估计的自适应率[ 7 ]，在实际应用中为了保证估计转速的收敛速度一般采用PI调节器来代替纯积分环节。 2 滑模观测器 在无速度传感器永磁同步电机控制策略中，滑模观测器被广泛应用，因为其具有结构简单、鲁棒性强以及快速的动态响应[ 8 ]。滑模观测器的主要思想是通过选取滑模面与滑模增益
南阳理工学院 本科生毕业设计（论文） 学院：电子与电气工程学院 专业：电子信息工程 学生： 指导教师：薛晓 完成日期2014 年 5 月
南阳理工学院本科生毕业设计（论文） 直流无刷电机的控制系统设计与实现Design of Brushless DC Motor Controller and Implementation 总计： 21 页 表格： 2 个 插图： 27 幅
南阳理工学院本科毕业设计（论文） 直流无刷电机控制系统设计与实现 Design of Brushless DC Motor Controller and Implementation 学院（系）：电子与电气工程学院 专业：电子信息工程 学生姓名： 学号： 指导教师（职称）：薛晓（讲师） 评阅教师： 完成日期： 南阳理工学院 Nanyang Institute of Technology
直流无刷电机控制系统设计与实现 电子信息工程专业 [摘要]直流无刷无感直流电机具有体积小、调速性能好、重量轻、效率高等优点，目前在很多领域得到了的应用。本课题设计的是无刷无感直流电机的控制，包括无刷直流电机无位置传感器控制系统和无刷无感直流电机的基本结构、工作原理、数学模型等理论进行了分析和论述，为直流电机的控制提供理论依据。用matlab guide设计了上位机界面来进行PID参数的整定。 本课题设计了直流无刷电机的控制系统并进行了调试。用STM32进行控制。实验结果表明设计的转子位置检测可以很好的检测电机的反电势过零点信号，进而保证电机的正确换相和稳定运行。整个系统可以控制无刷无感直流电机顺利启动，并通过滑动变阻器实现电机的调速。 [关键词] 无刷直流电机；电机驱动；换相；反电势 Design of Brushless DC Motor Controller and Implementation Electronic Information Engineering Specialty Abstract:The brushless DC motors have the advantage of small,good debugging performance,low weight,and high efficiency. So it has been widely used now. And this restricts the industrial drive applications,After the attachment with sensorless control. This paper mainly reserches the sensorless control technology for BLDCM,designs and control BLDCM without position sensor. I use MATLAB guide to debug PID parameter. designing a controller of brushless DC motor and do some experiments for this control system. I use the STM32 MCU as the core microprocessor of hardware system.The results of the experiment show that the rotor position detection system can perfectly detect the location of back-EMF zero-crossing signal,and ensuring the correct motor commutation and stable operation.The whole control system can control the brushless DC motor stating smoothly,and use the Sliding rheostat to achieve speed control. Key words：Brushless dc motor；motor drive；commutation; back-emf
合肥师范学院本科生毕业论文（设计）开题报告 （学生用表） 装 订 线
第l章主要叙述了无刷直流电机的发展趋势、无刷直流电机的控制技术、研究背景及意义。 第2章首先介绍了无刷直流电机的基本结构和工作原理，然后给出了常见的无刷直流电机的数学模型及其推导过程，在此基础上对无刷直流电机的稳态特性进行了详细分析。 第3章对本控制系统的总体结构和设计进行介绍。主要包括控制系统的整体方案，控制芯片，控制技术以及控制策略的选择。 第4章对控制系统的硬件电路进行设计，包括DSP最小系统、功率驱动电路、采样检测电路、保护电路等的设计，并对各个部分进行了详细的分析。 第5章以TI公司的CCS开发环境为开发工具，对整个控制系统的软件部分进行了设计。 第6章总结与展望，总结了本文的主要工作，展望了以后工作的研究方向。 五、可行性分析 此次研究是在指导老师的指导下搜集，查阅相关资料，确定能够通过应用DSP 芯片进行控制是最优方案，采用TI公司的TMS320F2812作为控制器。根据现在无刷直流电机的控制技术的发展水平和未来的发展趋势及可操作性进行分析，该课题能够顺利进行。 六、设计方案 6.1无刷直流电机的基本结构 无刷直流电机的设计思想来源于利用电子开关电路代替有刷直流电机的机械换向器。普通有刷直流电机由于电刷的换向作用，使得电枢磁场和主磁场的方向在电机运行的过程中始终保持相互垂直，这样能够产生最大的转矩，从而驱动电机不停地运转下去。无刷直流电机取消电刷实现了无机械接触换相，做成“倒装式直流电机"的结构，将电枢绕组和永磁磁钢分别放在定子和转子侧。无刷直流电机必须具有由控制电路、功率逆变桥和转子位置传感器共同组成的换相装置以实现电机速度和方向的控制[5]。因此，可以认为无刷直流电机是典型的机电一体化器件，其基本结构由电动机本体、驱动控制电路及转子位置传感器三部分组成，如图所示。 无刷直流电机的构成 6.2无刷直流电机的工作原理 普通直流电机的电枢在转子上，而定子产生固定不变的磁场。为了使直流电机旋转，需要通过换相器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转[6]。 无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上，而转子做成永磁体，这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即便是这样的改变仍然不够，因为直流电通入定子上的电枢以后，产生的不变磁场还是不能使电动机转动起来。为了达到使电动机
交流感应电动机无速度传感器的 高动态性能控制方法综述 清华大学 杨耕 上海大学 陈伯时 摘要:文章分析了交流感应电机无速度传感器的高动态性能控制方案的控制要点。在介绍国内外产业界已实用化的、以及正在研发中的几种代表性的控制策略的同时,讨论了各种方法理论要点和实际应用中的特点。最后,介绍了当前的几个研究热点问题并就发展方向提出了一点设想。 关键词:异步电动机控制 无速度传感器 转矩控制 磁链观测 速度辨识 Rev iew the M ethods for the Speed Sen sor-less Con trol of I nduction M otor Yang Geng Chen Bo sh i Abstract:T h is paper analyzes theo retical po ints of the i m p lem entati on fo r h igh perfo r m ance contro l of in2 ducti on mo to r w ithout speed senso r.A fter that,typ ical app roaches of the contro l strategy,w h ich are used in p ractical p roducts o r are being developed recently,are p resented and the characteristic of each app roach is dis2 cussed.F inally,som e unso lved p roblem s being researched as w ell as the develop ing po tentials are introduced. Keywords:contro l of inducti on mo to r speed senso r2less to rque contro l flux observer speed identifica2 ti on 1 前言 交流感应电机的无速度传感器高动态性能控制,是为了实现与有速度传感器的矢量控制(或直接转矩控制)相当的转矩和速度性能的方案,被用于无法设置速度传感器的设备或新一代高性能通用变频器之中[1,2]。相关的理论与技术也成为近10年来交流传动领域的热门研发内容之一。 本文主要综述在无速度传感器的前提下,具有速度反馈控制环的矢量控制方案(V C)和直接转矩控制方案(D TC),而不讨论诸如“V F控制+为补偿负载变动的滑差补偿”等只考虑静态的方法。本文在介绍各种方法的同时,综述其理论要点和实际应用中的特点、介绍所应用的厂家,从中总结出实现高动态性能控制的要点及主要成果。最后,介绍当前几个研究热点问题。 2 控制方法 211 方法分类的出发点 一般地,由转矩控制环及速度控制环构成的无速度传感器矢量控制(或直接转矩控制)系统由图1所示的3个环节构成。即:①速度调节器;②磁链和转矩控制器;③速度推算或辨识器(含磁链计算或观测) 。 图1 无速度传感器控制系统构成 对于环节②,需要控制转矩和磁链。由此可以分为:a以转子磁链定向控制为基础的矢量控制策略。目前常用的有计算滑差频率的被称为间接法(I V C)和把状态观测器观测到的转子磁链进行反馈控制的直接法(DV C)。b以控制定子磁链为特点的,被称之为直接转矩控制策略(D TC)。 环节③的结构依存于环节②的结构。实际上在计算或推定速度值时,常常也要获得(计算或观测)磁链(转子的或是定子的)值。因此,按其理论上的特点,可以把获得转速和磁链的方法大致分 3 电气传动 2001年 第3期
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计
学号：1008421057 本科毕业论文（设计） (2014届) 直流无刷电机控制系统的设计 院系电子信息工程学院 专业电子信息工程 姓名胡杰 指导教师陆俊峰陈兵兵 高工助教 2014年4月
摘要 无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。 自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。 本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。 关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机
Abstract Brushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention. Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth. The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop. Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor