無刷直流電機(jī)無霍爾運(yùn)行硬件系統(tǒng)研究

1.9萬字
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摘要 無刷直流電機(jī)利用電子換相代替機(jī)械換相，不僅具有直流電動機(jī)的調(diào)速性能，而且體積小、效率高，在許多領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用。采用無位置傳感器控制技術(shù)之后，不但可以降低電機(jī)的制造成本，而且使得無刷直流電機(jī)的使用壽命以及維修簡便性都有了大大提高。目前，無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制已成為無刷直流電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展方向。
本文縱觀了無刷直流電動機(jī)及其控制技術(shù)的興起、發(fā)展與現(xiàn)狀，概括了無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)的現(xiàn)有水平及存在的問題，并闡述了無位置傳感器控制技術(shù)中的兩個關(guān)鍵問題——轉(zhuǎn)子位置信息檢測和零起動。其中，轉(zhuǎn)子位置信息檢測通常采用反電勢過零點(diǎn)檢測法，并通過改進(jìn)反電勢檢測電路，提高了電路的靈敏性；無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制基本采用“三段式”起動法。
最后按照模塊化及數(shù)字化設(shè)計(jì)思想，理論闡述了以美國Cypress公司的PSoC為主控芯片的無傳感器無刷直流電機(jī)控制硬件系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了MCU及其外圍電路、功率驅(qū)動電路等硬件電路，并給出了軟件任務(wù)分析流程。
關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)，無傳感器控制，轉(zhuǎn)子位置信息檢測，零起動，硬件系統(tǒng)

Research on Hardware System of Sensorless Brushless DC Motor
Abstract Brushless DC motor with permanent magnet excitation, in which electrical commutator is used instead of mechanical , has the same good characteristics of speed control as traditional DC motor. Brushless DC motors have found wide application due to their high power density and ease of control. Moreover, the machines have high efficiency over wide speed range. Using sensorless control not only reduce the manufacturing cost of the motor, but also extend the life of the motor. At present, sensorless control has become a development trend of control technique for brushless DC motors.
This dissertation makes a comprehensive view of the rising, development and present situation of control technique for brushless DC motor, and summarizes the present level and shortages of sensorless control technique,moreover,describes the position sensor control technology in two key issues——rotor position detection, zero-starting method.Commonly t back EMF zero crossing detection method is used to detect the rotor position information , and improve the sensitivity of the circuit by improving the EMF detection circuit;the brushless DC motor sensorless control is almost based on the “three-step” start method.
Finally ,theoretically describe the digital control system of BLDCM based on PSoCTM manufactured by Cypress in US and establish the digital control system of BLDCM in accordance of modular and digital，and design the hardware system including the MCU and its peripheral circuits，power driver inverter circuit and so on.
Key words :BLDCM ,sensorless control, rotor position detection, zero starting,hardware system


目 錄
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 III
第一章 緒論 1
1.1無刷直流電機(jī)發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 2
1.2無刷直流電機(jī)無傳感器控制技術(shù)研究 2
1.2.1無刷直流電機(jī)無傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測方法 3
1.3無刷直流電機(jī)無傳感器起動方法研究 5
1.4本文研究的主要內(nèi)容 6
第二章 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行原理 7
2.1無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 7
2.2 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 7
2.2.1定子電壓方程 8
2.2.2反電動勢方程 9
2.2.3電磁轉(zhuǎn)矩方程 10
2.2.4運(yùn)動方程 11
2.3無刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性 11
2.3.1機(jī)械特性 11
2.3.2調(diào)節(jié)特性 12
2.3.3無刷直流電機(jī)的工作特性 12
第三章 無刷直流電機(jī)無霍爾運(yùn)行轉(zhuǎn)子位置信息的檢測 14
3.1 反電勢過零點(diǎn)檢測法 14
3.2 濾波電容的向位移補(bǔ)償 16
3.3反電動勢過零檢測的硬件電路 18
3.4改進(jìn)的反電動勢檢測電路 20
第四章 無刷直流電機(jī)無傳感器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23
4.1無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 23
4.2主控芯片選擇 23
4.3控制系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 25
4.4功率驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 26
4.5負(fù)載電流采樣及過流保護(hù)電路設(shè)計(jì) 28
4.5.1負(fù)載電流采樣電路設(shè)計(jì) 29
4.5.2過流保護(hù)電路設(shè)計(jì) 30
4.6軟件任務(wù)分析 30
4.6.1軟件總體結(jié)構(gòu)方案 30
4.6.2數(shù)字雙閉環(huán)串級控制軟件設(shè)計(jì) 32
4.6.3轉(zhuǎn)速計(jì)算 33
第五章 總結(jié)與展望 34
5.1總結(jié) 34
5.2展望 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36