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无位置BLDC电机控制器及测试系统的设计与实现

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第一章 绪 论

1.1 研究工作背景分析

1.2 国内外发展现状及趋势

1.3 论文的意义

1.4 本文的主要工作

1.5 论文的章节组织结构

第二章 相关背景技术介绍

2.1 永磁同步电机控制系统简介

2.2 正弦波电机的系统控制方案

2.3 电机无位置传感器控制策略

2.4 BLDC电机的矢量控制

2.6 本章小结

第三章 控制器及其测试系统需求分析

3.1 电机控制器的设计需求分析

3.2 综合测试系统设计需求分析

3.3 本章小结

第四章 控制系统的软件仿真

4.1 仿真模型的建立

4.2 电压空间矢量原理

4.3 仿真结果分析

4.4 本章小结

第五章 系统硬件设计与实现

5.1 芯片简介

5.2 基于STM32F103RB的BLDC电机矢量控制器的硬件设计

5.3 测试系统上位机接口电路

5.4 本章小结

第六章 系统软件设计与实现

6.1 系统程序主状态机

6.2 主程序介绍

6.3 系统中断介绍

6.4 位置估计

6.5 开环启动

6.6 PID控制算法

6.7 电流滤波算法

6.8 循环控制

6.9 测试系统上位机软件设计与实现

6.10 本章小结

第七章 实验结果分析

7.1 实验平台的搭建

7.2 电机启动实验

7.3 稳态运行实验

7.4 调速实验

7.5 干扰实验

7.6 电流响应实验

7.7 测试系统通讯连接实验

7.8 本章小结

第八章 结论和展望

8.1 项目实现现状与成果

8.2 项目实现特色与技术创新

8.3 项目设计的不足与展望

致谢

参考文献

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摘要

BLDC电机由于其良好的调速性能,控制方法灵活,效率高,起动转矩大,使用寿命长,越来越广泛应用于计算机,军事,汽车,家电等领域。在传统直流无刷电机控制系统中,转子位置信号通常都是采用霍尔传感器或者光电传感器来获取转。既增加了系统的额外成本,又降低了稳定性,并且受位置传感器精度影响。这些问题都限制了BLDC电机的应用范围。近年来围绕着电机无位置传感器控制的控制技术得到了国内外许多学者的关注,也产生了许多相关理论和方法,拓展BLDC电机的应用场合。
  基于以上背景,本文以直流无刷电机为控制对象,使用转子luenberger观测器理论研究和设计一种无位置传感器的BLDC电机矢量控制系统。同时利用控制器内置的异步通讯模块实现与PC机上下位机的通讯和数据交换工作,设计与实现一种无位置电机矢量控制器及其测试系统,对于电机控制器的应用与推广有着实际的意义。
  具体内容如下:
  1)介绍了电机无位置传感器控制技术的发展背景及几种常用的位置估计算法,并建立BLDC电机的数学模型,提出luenberger观测器的应用与直流无刷电机无位置传感器控制技术。
  2)软件设计与实现,给出了各部分的流程图,包括系统中断,位置估计,开环启动,PID控制器等各部分的详细实现过程。
  3)硬件设计与实现,本文采样STM32F103芯片作为微控制器搭建控制器的硬件平台,另外还包括电源电路,调速电路,驱动电路,各种保护电路等。
  4)测试系统上位机的软件与硬件的设计实现。
  仿真和实验结果表明,本文设计的无位置传感器算法理论正确可行,结构简单,效果好,对实际的电机控制系统具有指导意义。

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