【正文】 式的電動機配合使用。功率邏輯開關(guān)單元 是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動機定子上各相繞組，從而使電動機輸出持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。 本論文所使用的樣機為內(nèi)轉(zhuǎn)子型無刷直流電動機 ，轉(zhuǎn)子磁鋼使用表面貼裝方式安裝，磁鋼采用稀土永磁材料，定子繞組為 三 相星形連接。按定轉(zhuǎn)子相對位置的不同，無刷直流電動機可以分為內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型，圖 22(a), (b)所示分別為兩種類型無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。由電動機本體、 位置檢測電路和電子換相電路 (逆變器 )三部分組成。本章主要介紹無刷直流電動機的工作原理，給出無刷直流電動機的基本方程和數(shù)學模型。 制系統(tǒng)日前存在的一些問題和不足，提出解決方法。圍繞“三段式”起動方法編寫“直接反電勢法”程序，并使電機順利起動目能在較低速度切換。 ，用有位置傳感器控制方式帶動電機旋轉(zhuǎn)，得到端電壓波形，輸入直接反電勢檢測電路，測試驗證位置檢測電路能 正 確檢測到幾個關(guān)鍵位置信號，即反電勢過零點，并給出實驗結(jié)果。 ，不用對端電壓進行低通濾波，解決一般反電勢法濾波電路引起的移相補償隨轉(zhuǎn)速變化的問題，并用 PSPICE 對直接反電勢過零點檢測電路進行建模與仿真驗證。 本課題的主要研究內(nèi)容以設(shè)計研制一套新型的“直接反電勢法”采樣處理位置信號的 BLDCM 控制系統(tǒng)硬件電路，并用匯編語言編寫并調(diào)試 該控制系統(tǒng)的軟件。雖然該方法應(yīng)用比較廣泛，但仍存在很多問題，這些問題的解決將有助無位置傳感器無刷直流電機更廣泛的應(yīng)用。 在無位置傳感器控制方式中，比較成熟和應(yīng)用比較廣泛的是“反電勢法”。各國都加快了開發(fā)新產(chǎn)品的速度和占領(lǐng)市場的力度。同時，無刷直流電機是近幾年小電機行業(yè)發(fā)展最快的品種，隨著視聽產(chǎn)品“小、輕、薄”化和家電產(chǎn)品的靜音化以及豪華轎車需求量增多，對無刷直流電動機的需要量迅速增加。隨著現(xiàn)代微電了技術(shù)、電力電了技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機械技術(shù)、自動控制技術(shù)、微型計算機技術(shù)及人工智能技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，以機械為 主 體的工業(yè)、民用產(chǎn)品不斷采用高新技術(shù)，并向自動化和智能化方向發(fā)展。另一 方面，隨著無位置傳感器控制方式一些問題的解決和性能的提高，其應(yīng)用范圍也越來越廣。在很多特殊場合，比如高溫、高壓等環(huán)境下，必須采用無位置傳感器控制方式。 ，因此它們多用于常用電器的驅(qū)動場合，如洗衣機電機控制，電動自行車電機控制等。 位置傳感器系統(tǒng)，系統(tǒng)的成本增加 (包括傳感器和電了線路 )。有位置傳感器的無刷直流電動機控制是通過位置傳感器檢測轉(zhuǎn)了位置，以保證各相繞組的正確換流，因此電機內(nèi)部必須安裝位置傳感器，而位置傳感器的存在帶來許多缺點 : ，抗擾性變差。然而，隨著微處理器和數(shù)字信號處 理器技術(shù)的發(fā)展和控制理論的不斷成熟，智能控制方法必將會進一步推動無刷直流電動控制技術(shù)的發(fā)展。嚴格來說， BLDCM 是一個多變量、非線性、強禍江蘇大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 8 合的控制對象，利用智能控制方法可以建立被測相電壓、電流和轉(zhuǎn)了位置的相勻_關(guān)系，獲取轉(zhuǎn)了位置信號。其中，經(jīng)典 PID 控制與模糊控制相結(jié) 合的 FuzzyPID控制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制相結(jié)合的復(fù)合控制，以及遺傳算法和模糊控制相結(jié)合的控制方法代表當前智能控制的研究方向。 隨著控制理論的不斷發(fā)展，智能控制在無位置傳感器控制中的應(yīng)用己經(jīng)成為一種新趨勢。以及矢量表法等控制方法。如渦流法即在轉(zhuǎn)子表面安裝非磁性材料，通過檢測因該材料中渦流而造成的斷開相電壓改變來獲得轉(zhuǎn)子位置信號的方法 。其優(yōu)點在于具有自適應(yīng)、自學習等特性，可在線設(shè)計神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)學習規(guī)則，因此在解決速度和位置推算、對電動機參數(shù)和負載擾動的自適應(yīng)問題以及對測量噪聲敏感等問題上有其獨特的優(yōu)點。 (ANN)控制法 “人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法”是在觀測器法的基礎(chǔ)上，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而誕生的一種控制方法。 這種方法一般采用數(shù)字信號處理器 (DSP)來承擔龐大的運算量，因而增加了系統(tǒng)成本，在實際應(yīng)用中并不多見?！盃顟B(tài)觀測器法”比較好的解決了電機在高速、重載情況下難于控制的問題，其良好的抗干擾能力使其更適用于惡劣的工作環(huán)境。該方法中，需要對繞組電感進江蘇大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 7 行不間斷的實時檢測，增加了實現(xiàn)的難度，應(yīng)用不是很廣泛。與第一種方法相比，第一種方法才是真正意義上的電感法。在凸極電機中，繞組自感可表示成繞組軸線與轉(zhuǎn) 了直軸間夾角的偶次余弦函數(shù)，通過檢測繞組自感的變化，就可判斷出轉(zhuǎn)了軸線的大致位置，再根據(jù)鐵心飽和程度的變化趨勢確定其極性，從而最終得到正確位置信號。 電感法有兩種形式 :一種是用于凸極式永磁無刷直流電機，另一種是用于內(nèi)嵌式磁鋼結(jié)構(gòu)的永磁無刷直流電機。由于這種方法需要在一極竹上并聯(lián)檢測電路，這對于集成的功率器件 (如 IPM)很難實現(xiàn)。另外，對于續(xù)流一極管導(dǎo)通的無效信號和毛刺干擾造成的誤導(dǎo)通信號的去除也不易 實現(xiàn)。該方法可以提高電機的調(diào)速范圍，特別是可以拓寬電機的速度下限。 這種方法是通過監(jiān)視并聯(lián)在逆變器功率管兩端的自由換向一極管的導(dǎo)通情況來確定電機功率管的換向時刻。這種方法避免了逆變器開關(guān)造成的干擾。然后對獲得的信號進行濾波，濾掉諧波的高次分量，由于高次分量的最低頻率為 9倍基波頻率，對濾波器要求低。反電動勢 3 次諧波信號的獲取有兩種方式 :一種利用電機中性點來得到反電動勢的 3 次諧波分量 。 3次諧波積分法 由于 BLDCM 的反電動勢為典型的梯形波，它包含了基波及其高次諧波分量。 Kuaug Yao Cheug在文獻 [18]中所設(shè)計的數(shù)?；旌蠈Ｓ?IC采用了這種方法，為了解決上述干 擾問題，專用 IC 采用低通濾波器對電動機端電壓進行濾波，并補償?shù)屯V波器帶來的相位延遲。這種方法若不使用低通濾波器，則因為 PWM 斬波脈沖信號的干擾 ，可靠性難以保證，對 AlD 轉(zhuǎn)換器件要求較高 。 (3)數(shù)字計算法 根據(jù)無刷直流電動機的電壓方程，可以通過對三相端電壓的數(shù)學運算得到懸空相反電勢過零點。文獻 [13]提出在 PWM 斬波脈沖信號占空比接近 100%時，改為在 PWM 斬波脈沖信號開通階段檢測反電勢過零點，以彌補該方法的不足。 電角度時間電動機即可換相。這種方法要求逆變器以上橋臂 PWM 調(diào)制 、下橋臂恒通的調(diào)制方式工作，在 PWM 斬波脈沖信號關(guān)斷階段，電動機中性點電壓接近于直流電源負端電壓，此時，懸空相端電壓即為該相繞組的反電勢，將該反電勢與直流電源負端電壓或某偏置電壓比較即可得 到反電勢過零信號。在文源低通濾波器對端電壓進行濾波。其中，對端電壓 進行低通濾波后，通過與直流電源的中點電壓相比較，獲得反電勢過零信號。由于成本或工藝的原因，大多數(shù)無刷直流電動機不引出繞組中點，反電勢過零檢測法卞要通過檢測電動機端電壓獲取反電勢過零點。這種方法計算量大，而相 電壓和電流中含有大量的干擾信號，準確測量又需要很高的軟硬件成本，因此很少采用。但電機轉(zhuǎn)子磁鏈不能直接檢測得到。因此， BLDCM 無位置傳感器控制研究的關(guān)鍵是設(shè)計轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路，通過軟硬件間接獲得可靠的轉(zhuǎn)子位置信號。 江蘇大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 4 根據(jù)電機靜止時的位置信號，按照正向 (或反向 )換相順序進行通電，即可確保電機的初始旋轉(zhuǎn)方向。 采用 PID 控制算法，使電機在負載運行時保持期望的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)情況，得出霍爾位置信號和繞組電流換 向的對應(yīng)表。 位置傳感器是組成無刷直流電動機系統(tǒng)的三大部分之一，也是區(qū) 別于有刷直流電動機的主要標志，其作用是檢測主轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，以控制它們的導(dǎo)通與截止，使電動機電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化按次序換向，形成氣隙中步進式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。 無位置傳感器的無刷直流電動機控制法，不直接在無刷直流電動機的定了上安裝位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)了位置，它一般采用反電勢法、電感法、狀態(tài)觀測器法、磁鏈計算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等幾大類方法來間接檢測轉(zhuǎn)子的位置。 按照有無轉(zhuǎn)了位置傳感器，無刷直流電機的控制方式可以分為 :有位置傳感器控制方式和無位置傳感器控制方式。然而，由于無刷直流電動機是近年來隨著微處理器技術(shù)、新型電力電子器件、新型控制理論的發(fā)展，以及低成本、高磁能積的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的，相對十其它類 型電動機來說還是一種新型電動機，對其設(shè)計、控制方法等方面的研究仍處十不斷的探索之中。近年來國內(nèi)空調(diào)廠商不斷推出的“直流變頻”空調(diào)，就是采用無刷直流電動機來驅(qū)動，相比普通空調(diào)綜合節(jié)電效果可達 30%～ 40%。與此同時，無刷直流電動機的應(yīng)用也深入到了民用領(lǐng)域，其數(shù)量和品種都以相當快的速度發(fā)展?，F(xiàn)在從國外進口的設(shè)備中，已經(jīng)很少看到以有刷直流電動機作為執(zhí)行電動機的系統(tǒng)，一些國家 (如美國、英國、口本、德國等 )的相關(guān)公司已經(jīng)不再大量生產(chǎn)驅(qū)動用的有刷直流電動機 【 4】 。結(jié)果表明，無刷直流電動 機和其它電動機相比具有高可靠性、高效率和優(yōu)良的調(diào)速性能等諸多優(yōu)越性，并目‘隨著新型稀土永磁材料性能的提高和價格的下降，帶來永磁無刷直流電動機成本的降低，這種優(yōu)越性 將更加明顯 【 3】 。無刷直流電動機既具有交流電動機江蘇大學本科畢業(yè)設(shè)計論文 2 結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，又具備直流電動機運行效率高、調(diào)速性能好的特點，加上成本較低，應(yīng)用越來越廣泛。 方波型永磁無刷直流電動機，或者稱為方波電動機，其反電勢為梯形波，供電電流為方波，控制系統(tǒng)對轉(zhuǎn)子位置信號的要求不高，只需獲得若干個離散的轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置信號。正弦波型永磁無刷直流電動機的反電勢波形和供電電流波形均為正弦波，其控制需要較為精密的轉(zhuǎn)子位置信號。 1986 年 對方波無刷直流電動機進行了全面系統(tǒng)的總結(jié)，成為方波無刷直流電動機研究的經(jīng)典文獻，它標志著方波無刷直流電動機在理論上達到了成熟 【 2】 。 20 世紀 30 年代，已經(jīng)有學者開始研究以電子換相取代機械換相的無刷直流電動機，但由十當時大功率電子器件處 于 初級發(fā)展階段，使這種電動機只能停留在實驗室研究階段，無法推廣應(yīng)用。這些問題的存在，限制了傳統(tǒng)直流電動機的進一步應(yīng)用。但由于傳統(tǒng)直流電動機采用電刷和換相器換相，存在機械摩擦，從而 產(chǎn)生電火花、噪音、電磁干擾等問題 。s being one of the most popular trend in BLDC control system. Based on the principle and the mathematical model of the BLDG motor drives, the theory of BackEMF method and the zerocrossing detecting circuit are introduced and analyzed in detail. But when the motor is at standstill or at a low speed, it is impossible or very difficult to get the position information from backEMF. Therefore a particular method to start up the motor from standstill is needed in sensorless control method system based on BackEMF detection. In this paper, the advantage and disadvantage of the mon startup method are analyzed, and a novel startup method is proposed which called position closedloop starting, it consists of threestep 一 initial rotor position estimation, position closedloop starting, turning to backEMF driving. The simulation and experimental results have demonstrated its well starting performance. Rotor position detection error and interruption is also investigated in this paper, then pensation and restraination method are proposed. In the end, with software design acplished in Codewarrior, the hardware system of Brushless DC motors sensorless control based on MC56F805 is built as an experimental platform. Experimental results and practical utilizations substantiate that the hardware platform and the associated software design can supply good sensorless control