基于DSP的无刷直流电动机控制系统研究6351(3)

３．无位置传感器的转子位置检测

目前较为成熟的无位置传感器位置信号检测方法主要有四类：反电动势法、续流二极管法、电感法和状态观测法。其中“反电动势法”是最常见和应用最为广泛的一种。但这种方法的基本原理是建立在忽略电枢反应影响前提下的，这在原理上就存在一定误差。尤其是对于大功率无刷直流电机，电枢反应对气隙合成磁场的影响更明显，使得反电动势过零点与总的感生电动势过零点不重合，误差更大，导致检测出的转子位置误差增大。当电机静止或转速较低时，反电动势为零或很小，很难通过反电动势

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第～章引言

过零点检测来得到正确的位置信号，使电机起动困难，且严重影响了电机的调速范围。因此，研究如何在大功率无刷直流电机中补偿反电动势法造成的转子位置信号误差，如何克服反电动势法中电机起动困难，以及扩大电机调整范围就成为十分重要的课题。而这些问题归根结底是要研究在无位置传感器无刷直流电动机中如何更精确地检测转子位置信号。

近年，随着单片机技术的发展，特别是数字信号处理器（Ｄｉｇｉｔａｌ

Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ－ＤＳＰ）Ｓｉｇｎａｌ的应用和推广，使得位置检测可以通过ＩＣ芯片配合适当算法的软件而实现。采用ＤＳＰ实现无位置传感器控制已成为研究热点和趋势。

１．２．２发展方向

无刷直流电机是典型的机电一体化产品，主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路组成，因此，电力电子技术、微处理器技术和永磁材料的发展、电机性能改进和新型电机的开发都将进一步推动无刷直流电机的发展和应用。

１．电力电子技术及微处理器技术对无刷直流电机的影响

电力电子技术正朝着全控化、集成化、高频化和多功能化方向发展，为逆变器实现智能化、高频化和小型化等创造了条件，为无刷直流电机驱动电路性能的提高开辟了道路。微处理器性能的提高使得复杂的控制策略成为可能，从而推动无刷直流电机朝着高智能化、柔性化、全数字化方向发展，为其进入数字化时代开创了新纪元１２５Ｊ。近年来电机控制专用数字信号处理器ＤＳＰ又成为另一被广泛使用的控制方法。ＤＳＰ实现的电机伺服系统可以只用一片ＤＳＰ代替单片机和各种接口，且ＤＳＰ芯片有快速运算能力，可以实现更复杂、更智能化的算法，可以通过高速网络接口进行系统升级和扩展，可以实现位置、速度和电流的全数字化控制。

２．永磁材料的发展对无刷直流电机性能的促进

与传统交直流电机相比，永磁无刷直流电机的结构特点之一就是转子磁极是由永磁材料组成的，因此，永磁材料性能的优劣将直接影响到电机的体积、成本和运行特性等。自九十年代以来，钕铁硼永磁材料得到了大范围的应用，在己制成的永磁无刷直流电机转子永磁材料中几乎占据了一半以上，从而为高性能永磁无刷直流电机的大量诞生奠定了坚实的物质基础。今后，随着作为世纪新兴技术之一的“新材料技术＂的蓬勃发展，永磁材料发展的速度必将进一步加快，一些性价比更高的永磁材料也将相继问世，从而进一步推动无刷直流电机朝着高性能、多品种化方向发展，大大地扩大无刷直流电机的应用范围。

３．无刷直流电机性能的改进和新产品的开发

提高无刷直流电机的性能，应该进一步解决的问题首先是削弱或消除转矩脉动，

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第一章引言

‘尤其是用于视听设备、电影机械、计算机中的无刷直流电机。这些应用场合要求电机运行平稳、无噪声，这些电机大多数为小功率、小尺寸的电机。为了改进电机性能，利用计算机仿真软件进行模拟、分析、计算和比较。研究气隙磁场形状、磁极形状结构和充磁技术，选择合适的极对数、槽数以及槽口尺寸。为了满足各种要求，各大公司已开发出各种类型的无刷直流电机，如无槽电机，定子铁芯无齿槽，不存在磁场间的相互作用，没有制动转矩，定子绕组直接放置于定子铁芯上盘式电机，具有两个轴向的气隙，在小容量的情况下，这种电机容易做到低噪声、低震动、低转矩脉动、高效率和高功率密度。与有刷直流电机相对应，新品种中还包括无刷直流力矩电机、无刷直流直线电机、无刷直流有限转角电机、低惯量无刷直流电机、电磁超微型电机等［２６１

Ｏ

４．控制策略的发展

现代控制理论、智能控制理论等先进控制理论已经应用于许多新型的伺服电机控制系统。变结构控制、无传感器控制以及多种先进控制方法相结合的复合控制都将使无刷直流电机系统性能更加优越。

１．３本论文的主要工作

本论文在广泛深入了解国内外无刷直流电动机速度控制系统研究状况的基础上，主要做了以下几个方面工作。

１．阐述了无刷直流电动机的工作原理及其基本结构，讨论了在

Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下构建的无刷直流电动机双闭环调速系统模型。

２．设计基于粒子群优化的模糊控制器，优化模糊控制器的量化因子和比例因子屯、‰和赶．，并进行了仿真实验。分别对ＰＩＤ控制、模糊控制以及粒子群算法优化模糊控制的仿真实验结果进行分析比较，验证了控制算法的有效性。

３．采用ＴＩ公司的ＤＳＰ控制芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，设计了无刷直流电动机速度控制系统的软、硬件部分。对系统软件部分在ＣＣＳ环境下编程，实现对无刷直流电动机速度单闭环控制。速度控制分别采用了ＰＩＤ控制、模糊ＰＩＤ控制以及粒子群算法优化的模糊控制。

４．对ＰＩＤ控制、模糊控制以及粒子群算法优化的模糊控制的仿真实验结果与在硬件装置上进行的实验结果进行分析比较和总结。

５．实现上下位机的串行通信，通过上位机发送指令控制无刷直流电动机的启动、停止，并将采集到的转速数据发送到上位机。

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第一章引言

１．４本章小结

对无刷直流电动机调速系统的研究，涉及到电机、电力电子、自动化、计算机控制和数字信号处理等多门学科，由于其应用的广泛性，因此对它的研究具有一定的理论意义和实用价值。本章主要讨论了无刷直流电动机速度控制技术的研究意义、研究现状及发展方向，并对本论文的主要工作做了概述，为课题的研究奠定了基础。

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第二章无刷直流电动机控制方法及优化

算法简介

２．１概述

受控制理论和控制器件的限制，无刷直流电动机很长时间内一直采用经典ＰＩＤ控制，此控制方法可使系统性能满足各种静、动态指标，但系统的鲁棒性不尽人意。面对日益复杂的控制对象，为进～步提高无刷直流电动机调速系统的快速性、稳定性和鲁棒性，智能控制策略受到更多关注【２７】。

２．２模糊控制

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。从线性控制与非线性控制的角度分类，模糊控制是一种非线性控制。从控制器的智能性看，模糊控制属于智能控制的范畴，目前已经成为实现智能控制的一种重要而有效的形式。尤其是模糊控制和神经网络、遗传算法及混沌理论等新学科的融合，正在显示出其巨大的应用潜力。

模糊控制器在模糊控制系统中具有举足轻重的作用，在模糊控制系统中，设计模糊控制器和调整模糊控制器参数的工作是很重要的【２８１。

模糊控制器的设计包括以下几项内容：

１．确定模糊控制器的输入变量和输出变量（即控制量）；

２．设计模糊控制器的控制规则；

３．确立模糊化和非模糊化（又称清晰化）的方法；< …… 此处隐藏：2415字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……