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基于双滑模变结构的无刷直流电机无位置传感器控制

作　者: 胡文芳
导　师: 夏长亮
学　校: 天津大学
专　业: 电机与电器
关键词: 无刷直流电机 无位置传感器控制 滑模观测器 滑模控制器 双滑模控制
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 1次
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内容摘要


无刷直流电机具有高效节能、动态响应快、无换向火花以及较好的机械特性等优点,已被广泛应用于众多行业。传统的控制策略依赖于位置传感器直接得到换相信号,但位置传感器的存在,使得无刷直流电机在航天、汽车等应用场合受到了很大的限制,从而阻碍了无刷直流电机的小型化和智能化发展。针对上述问题,本文设计了基于滑模变结构控制理论的无刷直流电机无位置传感器控制系统。滑模变结构控制是非线性、不确定系统控制最为有效的方法之一,它能利用控制的不连续使系统呈现出不变性,具有对扰动的完全自适应等优点。论文首先介绍了无刷直流电机无位置传感器控制的基本原理,阐述了无位置传感器控制中常用的转子位置检测方法,然后根据无刷直流电机的数学模型和经典滑模变结构理论,提出了基于滑模观测器的无刷直流电机反电势估计方法。由实测电流和观测电流之间的误差建立滑模面,构造了滑模观测器估算出反电势,再根据反电势与转速的关系得到转速的估计值,进而确定转子位置。然后以此转速估计值作为反馈进行闭环调制,并针对电机运行性能易受参数变化影响的特点,设计了滑模速度控制器,实现了无刷直流电机的速度鲁棒控制。仿真结果表明,滑模观测器能够准确快速地估计转速和转子位置;与经典PI控制器相比,滑模速度控制器具有超调小、响应快、对电机内部参数变化和外界负载扰动有较强的鲁棒性等优点;而且论文所提出的控制策略能有效地抑制系统的转矩脉动。最后,以TI公司推出的MSP430F149芯片为核心设计了无刷直流电机无位置传感器控制的硬件和软件系统,实现了无刷直流电机的电压采样、转速调节、位置检测等功能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 无刷直流电机的发展现状及研究热点  9-13
    1.1.1 无刷直流电机的发展历程及应用领域  9-11
    1.1.2 无刷直流电机的研究现状及热点问题  11-13
  1.2 滑模变结构控制概论  13-16
    1.2.1 滑模变结构控制简介  13
    1.2.2 滑模变结构控制在各个领域中的应用  13-15
    1.2.3 滑模变结构控制中的抖振问题  15-16
  1.3 论文的选题背景和意义  16
  1.4 论文研究内容和结构安排  16-18
第二章 无刷直流电机及无位置传感器控制技术  18-26
  2.1 无刷直流电机的基本结构  18-20
    2.1.1 无刷直流电机的本体结构  18-19
    2.1.2 位置传感器  19-20
  2.2 无位置传感器控制及转子位置检测  20-26
    2.2.1 无位置传感器控制技术  20-21
    2.2.2 常用间接检测转子位置方法  21-26
第三章 无位置传感器无刷直流电机的双滑模控制  26-47
  3.1 滑模变结构控制  26-30
    3.1.1 滑模面的设计  27
    3.1.2 滑模变结构控制规律  27-28
    3.1.3 基于趋近律的滑模变结构控制  28-30
  3.2 无刷直流电机的数学模型  30-32
  3.3 无位置传感器无刷直流电机的双滑模调速系统  32-33
  3.4 滑模观测器的设计  33-36
    3.4.1 滑模观测器设计  33-35
    3.4.2 转速的估计  35-36
    3.4.3 转子位置的估计  36
  3.5 滑模变结构速度控制器的设计  36-38
    3.5.1 滑模面的选取  36-38
    3.5.2 控制律的求取  38
  3.6 仿真与分析  38-47
第四章 基于MSP430F149 的无刷直流电机控制系统  47-58
  4.1 控制系统结构  47-49
    4.1.1 单片机MSP430 F149 芯片概述  47-48
    4.1.2 系统总体设计方案  48-49
  4.2 硬件系统设计  49-54
    4.2.1 电源电路  49
    4.2.2 采样电路  49-50
    4.2.3 驱动电路  50-52
    4.2.4 逆变桥电路  52
    4.2.5 保护电路  52-54
  4.3 软件系统设计  54-55
  4.4 实验结果  55-58
第五章 总结与展望  58-60
参考文献  60-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

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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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