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【原】STC单片机无刷直流电动机管理系统的研制

来源 : 互联网
作者 : 118期刊网
发布时间 : 2019-05-16 17:58:17

第一章绪论


1.1研究的背景和意义

最广泛使用的洗衣机主要由单相异步电动机驱动,主要是利用离合器的移动对清洁过的物体进行清洁和脱水,这样虽然可以实现清洁,但洗衣机离合器的局限性很大。降低其效率,还带来噪音污染,极大地限制了洗衣机的智能化。然而,对于无刷直流电动机的应用,它不再需要机械减速和传动,它可以直接驱动洗衣机滚筒[3]。作为绿色家电驱动系统的主力军,永磁无刷直流电动机不仅具有普通直流电动机的优点,而且具有交流电动机的优点。它正在逐步取代家用电器中单相异步电动机的应用,这标志着家电产品的发展。智力程度将大大提高。


1.2无刷直流电动机应用

内部结构简单,与普通直流电机相比,拆下机械刷和换向器,更有利于电机的维护,彻底消除了机械电刷和普通电机换向器的故障。电机的寿命大大增加。噪音污染大大减少。由于无刷直流电动机用电子换向电路代替普通直流电动机的机械电刷,因此电刷引起的机械噪声随着消失而消失。工作效率得到显着提高。由于无刷直流电动机使用永磁体产生恒定的连续磁场,因此它是当前电动机中效率最高的电动机。在大多数情况下,它的永磁体非常小。磁系数。

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第二章无刷直流电动机的数学模型分析


2.1无刷直流电动机的基本机理

无刷直流电机的主体是实现整个系统能量转换的核心。它的结构与同步电动机相似,其设计直接影响控制系统的可靠性。作为带位置传感器的BLDCM,通过传感器测量转子位置,然后输出并处理转子位置信号以获得相应的切换信号,然后根据切换装置控制开关装置的开启和关闭。一定的顺序。开关装置,这将把直流电压电能转换成机械能,并使电动机产生一定的输出转矩,从而实现系统的稳定运行[27]。

众所周知,直流电动机的内部结构主要包括定子和转子,共用直流电动机的转子用于产生电磁转矩和感应电动势。为了减轻电动机的重量并减小电动机的尺寸,无刷直流电动机的转子采用永久磁铁材料,其电枢绕组放置在论文翻译与普通直流电动机不同的位置。定子。


2.2无刷直流电动机工作原理分析

无刷直流电动机已广泛应用于社会的各个领域。它们具有各种工作模式,如单相,两相,三相等,每种无刷直流电动机的驱动方式分为多种类型。半桥驱动和全桥驱动已成为最广泛使用的驱动方法。全桥驱动方式可分为多种,最常用的是星形和角形连接,驱动方式的选择会直接影响电机的性能和成本,因此选择合适的驱动方法是最重要的。普通无刷直流电动机几种工作方式的比较[29]:1)单相导通星三相三态采用三相半桥逆变电路,星形绕组连接,特点是电机体利用率低,转矩波动比较大。 2)两相导通星三相六态采用三相桥式逆变电路和星形绕组连接,电机输出大,转矩稳定。 3)三相导电星三相六态采用三相桥式逆变电路,采用星形绕组连接。其特征在于主电路易于短路和短路以及对开关装置的损坏。 4)两相导通角三相六态采用三相桥式逆变电路,角接头连接,电机输出功率小。 5)三相导通角三相六态采用三相桥式逆变电路,并连接角度绕组。

其特点是主电路容易发生短路并损坏开关器件。

以下是人们经常使用的驱动电路的简要介绍。如图2.2所示,两相三相星形连接方法意味着两个不同相位的开关管同时同时导通。每个开关管的导电顺序为:Τ1,Τ2; Τ2,Τ3; Τ3,Τ4; Τ4,Τ5; Τ5,Τ6; Τ6,Τ1。一个周期中有6种传导状态。每个换向由o60电角度分开。每个开关管通过o120电角度打开,每个开关都有一个换向阶段。逆变桥的上桥臂Τ1,Τ3,Τ5的三个电源开关管的主要功能是像相绕组一样传输正向电流,然后产生正电磁转矩以控制电机的速度;逆变器桥下臂Τ2,Τ4和Τ6的三个功率开关管主要像相绕组一样起反向电流,从而可以在相同极性转子的永磁场下产生反向电磁转矩对。电机执行速度控制。

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第三章无刷直流电动机的控制策略........................ 19

3.1 BLDCM速度控制方法.............................. 19

第4章无刷直流电动机的MATLAB仿真分析.............................. 31

4.1控制系统的总体仿真设计...................... 31

第5章无刷直流电机控制系统的设计.................................... 43

5.1控制系统的总体结构.......................................... 43


第四章无刷直流电动机MATLAB仿真分析


4.1控制系统的总体仿真设计

本文研究的内容是电流滞环作为内环,速度模糊PID控制作为外环的BLDCM速度控制系统。通过比较两个速度调节控制器:传统PID控制器和模糊PID控制器,分析BLDCM在这两种不同控制模式下的动态特性,可以知道当速度调节环节使用模糊PID控制器时,它是好。提高速度控制系统的响应速度。与传统PID相比,该方法可以使系统更快地达到稳定状态,同时保证系统的稳定性和准确性。系统框架如图4.1所示。


4.2模块设计

在BLDCM速度控制系统电机主体的建模过程中,如何找到反电动势已成为人们在建模过程中需要解决的难题。选择合适的反电动势方法不仅可以有效抑制转矩脉动,还有助于输出理想的相电流波形。如果所选择的方法不合适,有时甚至会导致无刷直流电机速度控制系统的换向失败。因此,获得理想的反电动势波形是BLDCM仿真建模的关键问题之一。

获得反电动势有三种主要方法:一种是使用有限元法,即将连续反电动势值除以一组离散值;另一种是傅立叶变换方法(FFT)。它是许多类似于反电动势信号的三角信号的组合;最后一个是分段线性方法。本文采用分段线性方法比较这三种方法,比较BLDCM梯形波反电动势。分段线性方法的基本原理是将空间角度0到360分成六个区域,即每60个空间角度一个区域,这样电机的转子可以以60个空间角度的整数倍换向。也就是说,转子在空间角度下进行60,120,180,240,300,360相位换向。该方法是将每个区域用作操作阶段,并且可以将相反的电动势视为直线。此时,转子位置信号和转子旋转方向可用于确定BLDCM的操作状态[54]。

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第六章总结和展望


本文的主要研究工作主要包括以下几个方面:1)介绍了洗衣机和BLDCM控制系统的研究背景和意义,并简要介绍了其应用领域。比较位置传感器和无位置传感器电机和无刷电机的优缺点直流电机控制方式的优缺点,并简要介绍了使用MCU作为主控芯片的优越性。 2)描述BLDCM的基本结构,工作原理,数学模型和conn

电枢绕组的动作方法和速度控制方法。确定本系统中使用的无刷直流电动机电枢绕组的连接方式为三相星桥型,PWM技术用于调节无刷直流电动机的转速。 3)介绍了无刷直流电动机的控制方式和调速策略。通过比较开环控制和闭环控制;传统PID控制和模糊PID控制的优缺点,本文采用的控制策略是模糊PID双闭环。该控制方法为使系统准确稳定奠定了基础。 4)建立MATLAB系统仿真模型,引入系统中各模块,确定系统参数,调整控制系统,比较传统PID控制下的速度图和模糊PID控制,得到模糊PID控制。传统PID控制的结论。 5)介绍无刷直流电机控制系统的软硬件设计,给出控制部分电路设计图,并给出控制系统的软件结构:主程序模块和模块化思想的中断服务程序模块流程图。给出了系统理论验证的基础。


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参考文献(略)


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