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基于CAN总线的BLDCM矢量控制设计

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引言

1 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状及进展

1.3 课题研究期望达到的目标

1.4 研究思路及主要内容

1.5 本章小结

2.1 引言

2.2 无刷直流电机数学模型

2.3 转子位置检测技术

2.4 位置估算仿真建模

2.5 本章小结

3.1 双向DC-DC变换器概述

3.2 传统驱动电路损耗分析

3.3 新型驱动电路

3.4 本章小结

4.1 引言

4.2 STM32F103R8T6简介

4.3 STM32F103R8T6控制芯片外围电路的设计

4.4 本章小结

5.1 引言

5.2 下位机软件设计

5.3 上位机软件设计

5.4 实验结果分析

5.5 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢

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摘要

无刷直流电机（Brushless DC motor，BLDCM）具有体积小、损耗低、效率高，调速性能好的特性，在家用电器、数控机床、计算机设备以及航空航天等方面有广泛的应用。由于对BLDCM的研究日趋完善，BLDCM的应用领域正在逐步扩大，比如市场庞大的家用电动车，电动汽车等。目前BLDCM比较常用的驱动方式是方波控制，方波控制方式较为简单，但存在换相转矩脉动，使得电机运行噪音较大，难以在对噪音要求较高的领域推广。而正弦波驱动方式电机输出转矩波动小、运行噪音低，故正弦波控制成为了近几年的研究热点。因此针对这些方面BLDCM的矢量控制一直是BLDCM的主要研究对象，设计一款性能优越的BLDCM控制系统对工业生产、家电等领域的发展能够起到巨大推动作用。本文就BLDCM构造与运行原理、矢量控制方式、高分辨率位置估计等方面进行了深入研究，并完成了BLDCM控制系统的设计和实现。
　　针对电机运转过程中的转矩脉动会引起电机运行平稳性降低的问题，决定采用正弦波驱动方式的矢量控制技术来达到降低转矩脉动的目的。正弦波驱动通过SVPWM调制算法实现，并对该算法的具体实现原理进行详细介绍。
　　利用霍尔元件检测信号，并引进位置估算算法以获取高精度的位置信息。对该算法的原理及实现方法进行具体介绍，在Matlab/Simulink上建立了无刷电机控制系统模型，并给出了两种位置估算算法的建模过程，以及两种算法的仿真结果。从仿真的结果可以看出引进加速的估算算法，更能实时的检测位置和转速，成本花费较低。
　　对高效驱动技术进行详细阐述，其中详细介绍双向DC-DC变换器的几种拓扑结构以及对其进行的控制技术，另外介绍传统驱动系统的损耗来源：电机损耗和逆变电路损耗。然后介绍了本控制系统采用的新型驱动系统的组成，以及该驱动系统的的几种工作方式下的等效电路图。最后对新型驱动系统下损耗进行分析得出可以很好地改善损耗，对高效驱动电机、节省能源方面有很好的应用前景。
　　根据选择SVPWM的调制算法，位置检测技术，驱动电机的工作方式，在硬件电路基础上完成软件设计。根据要实现的各功能，对软件进行模块设计，提高软件的可移植性、易调性、可升级性。在Keil uVision4开发环境下进行C语言编程，实现下位机各个模块的功能，在LabWindows/CVI开发环境下实现上位机界面设计，最后生成上位机软件。
　　本文利用STM32F103控制器为核心的BLDCM控制系统实验平台对该矢量控制技术进行实验验证，实验结果表明了该控制技术的正确性和可行性，适用于低成本、低噪音、高精度的应用场合。

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