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无刷直流电机转矩脉动抑制技术的研究

作　者: 李天舒
导　师: 谢守勇
学　校: 西南大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 无位置传感器 无刷直流电机 转矩脉动 PWM调制方法
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 353次
引　用: 2次
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内容摘要


无刷直流电机是近年来随着微电子技术和电动机技术的迅速发展而时兴起来的一种新型电动机。它亦是以电子换相替代传统机械换相的一种新型直流电机,它既具有交流电机的运行可靠、结构简单、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好、控制特性好、无励磁损耗等诸多特点,在国民经济各个领域的应用日益普及。但是永磁无刷直流电机的无位置传感器技术、转矩脉动抑制技术等还有待于进一步的解决和完善,这些限制了它性能的进一步提高和发挥,阻碍了它在高性能要求场合的应用。本文主要研究目标就是采用新的控制策略来抑制无刷直流电机转矩脉动。论文从无刷直流电机的基本环节、工作原理、运行特性以及传递函数开始,简述了使用位置传感器存在的弊端,详细介绍了无位置传感器控制技术的原理和方法。在此基础上,对理想方波无刷直流电机的换相转矩脉动进行了详细的分析,并在比较各种无位置传感器检测技术后,选择使用反电势过零检测法,采用AT89C2051芯片对无位置传感器的无刷直流电机控制系统进行设计。另外根据系统实际要求详细讨论了在无位置传感器情况下,无刷直流电机如何起动、换相以及转矩脉动抑制等问题,并且进行了相应的系统硬件、软件设计。为了验证所提方法的合理性和可行性,在MATLAB/Simulink平台上搭建了无刷直流电机的模型,对其进行了仿真实验。仿真结果和实验结果充分证明了所提方法的正确性和合理性,达到了设计的目的和要求,控制效果令人满意。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
第1章 文献综述  7-12
  1.1 无刷直流电机简介  7
  1.2 无刷直流电机的发展与应用  7-8
  1.3 方波型无刷直流电机转矩脉动产生机理与分类  8
  1.4 方波型无刷直流电机转矩脉动技术的研究现状  8-11
    1.4.1 齿槽转矩抑制的研究现状概述  9
    1.4.2 方波型无刷直流电机换相转矩脉动抑制研究现状概述  9-11
  1.5 本文研究的主要内容及结构安排  11
  1.6 本章小结  11-12
第2章 方波形无刷直流电机的工作原理与数学模型  12-18
  2.1 无位置传感器无刷直流电机的基本结构和工作原理  12-14
    2.1.1 无位置传感器无刷直流电机的基本结构  12-13
    2.1.2 无刷直流电机的工作原理  13-14
  2.2 无刷直流电机运行特性  14-15
    2.2.1 机械特性  14-15
    2.2.2 调节特性  15
  2.3 无刷直流电机的数学模型  15-17
    2.3.1 电压方程  16
    2.3.2 电磁转矩方程  16-17
    2.3.3 机械运动方程  17
  2.4 本章小结  17-18
第3章 无刷直流电机换向转矩脉动的分析与抑制  18-25
  3.1 无刷直流电机换向转矩脉动的分析  18-22
    3.1.1 换向转矩脉动的分析  18-21
    3.1.2 不同PWM调制方式下的转矩脉动  21-22
  3.2 理想方波型无刷直流电机的转矩脉动抑制方法  22-24
    3.2.1 低速运转无刷直流电机转矩脉动抑制方法(Ucc>4Em)  23
    3.2.2 高速运转下无刷直流电机转矩脉动抑制方法(Ucc  23-24
  3.3 本章小结  24-25
第4章 无刷直流电机的建模和仿真  25-32
  4.1 MATLAB/SIMULINK工具箱简介  25
  4.2 模型的建立  25-29
    4.2.1 电机本体模块  26
    4.2.2 反电势过零检测模块  26-27
    4.2.3 PWM产生模块  27-28
    4.2.4 电流控制模块  28
    4.2.5 逆变桥模块  28-29
  4.3 Simulink仿真结果  29-31
  4.4 本章小结  31-32
第5章 控制系统硬件及软件实现  32-45
  5.1 单片机电路系统的设计  32-33
    5.1.1 单片机AT89C2051选取依据  32
    5.1.2 单片机中对PWM信号的处理  32-33
  5.2 反电势过零检测电路  33-37
    5.2.1 反电势过零检测法分析  33-35
    5.2.2 反电势过零检测电路设计  35-36
    5.2.3 滤波电路移相的误差分析  36-37
  5.3 过流保护  37-38
  5.4 控制系统的软件实现  38-41
    5.4.1 软件设计总体思路  38-39
    5.4.2 开环起动的软件实现  39-40
    5.4.3 中断子程序设计  40-41
  5.5 硬件和软件的可靠性设计  41-43
    5.5.1 硬件系统可靠性设计  41-42
    5.5.2 软件的可靠性设计  42-43
  5.6 试验结果及分析  43
  5.7 本章小结  43-45
第6章 全文总结和工作展望  45-47
  6.1 全文总结  45
  6.2 工作展望  45-47
参考文献  47-50
致谢  50-51
在学期间所发表的文章  51

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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