1、南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文基于DSP的無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的研究姓名：張偉成申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：電力電子與電力傳動(dòng)指導(dǎo)教師：黃玉水20071101摘要摘要無刷直流電機(jī)是隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型永磁材料的出現(xiàn)而迅速發(fā)展起來的一種新型機(jī)電一體化電機(jī)。無位置傳感器控制技術(shù)的應(yīng)用使得無刷直流電機(jī)的體積減小，成本降低，抗干擾性加強(qiáng)，從而進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，近年來對(duì)無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制技術(shù)的研究一直是熱點(diǎn)之一。本文在分析和總結(jié)傳統(tǒng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中存在的問題的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字信號(hào)處理器（）的無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)。利用芯片進(jìn)行低成本、高智能無刷直流電

2、動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場(chǎng)合的需要。建立了永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型；提出了無位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的新型位置檢測(cè)方法；確定了系統(tǒng)的總體控制結(jié)構(gòu)、控制方法并設(shè)計(jì)了控制電路；以公司的為核心，結(jié)合瑯公司的驅(qū)動(dòng)芯片，公司的功率開關(guān)管進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)；對(duì)整個(gè)控制過程繪制出其總體的流程圖，完成部分位置速度環(huán)節(jié)的程序設(shè)計(jì)，利用專用匯編語言與語言進(jìn)行系統(tǒng)軟件程序的編寫；基于對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，論證了控制策略的正確性與合理性。關(guān)鍵詞：無刷直流電機(jī)；無位置傳感器；位置檢測(cè)；數(shù)字信號(hào)處理），玎妯，馴咖逝，粕，（

3、）；，；，；，：；（）學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得直昌太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名（手寫）：藐“參族簽字日期：矽年，硼日，。學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解直昌太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)直昌盔堂可

4、以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位論文作者簽名：我扣妖簽字日期：研年，明日導(dǎo)師簽名：銣、小簽字日期：年月日第章緒論第章緒論引言無刷直流電動(dòng)機(jī)（：）是指無機(jī)械電刷和換向器（或集電環(huán)）的直流電機(jī)，又稱無換向器直流電機(jī)，它以電子換向器代替機(jī)械電刷和換向器來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的換相，是一種機(jī)電一體化產(chǎn)品。無刷直流電機(jī)研究包括：電機(jī)本體的設(shè)計(jì)研究、位置檢測(cè)方法研究、換相邏輯研究、控制及驅(qū)動(dòng)電

5、路研究等。由于直流無刷電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，同時(shí)克服了有刷直流電機(jī)由于機(jī)械電刷和換向器的存在所帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等弊病，降低了制造成本，簡化了電機(jī)的維修。表為無刷直流電機(jī)與交流異步電機(jī)、有刷直流電機(jī)綜合特性的比較。表三種電機(jī)的性能比較攔能無刷直流有刷直流交流異步系統(tǒng)機(jī)械特性硬硬軟過載能力大大小平衡可控噪聲效率高高低維護(hù)易難易體積小較小大成本較高較高低性能易易難小大較大性能好較好較差最初無刷直流電機(jī)主要應(yīng)用于航空航天等高尖端領(lǐng)域，但是隨著制造技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展以

6、及成本的降低，無刷直流電機(jī)在工業(yè)和民用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，目前在電腦硬盤、打印機(jī)、音箱、，家電領(lǐng)域的空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱、微波爐，工業(yè)領(lǐng)域的紡織機(jī)械、數(shù)控機(jī)床，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的灌溉設(shè)備等都得到廣泛的應(yīng)用。尤其是在家電領(lǐng)域，隨著節(jié)能、降噪、綠色環(huán)保的要求越來越高，無刷直流電機(jī)更是以其高優(yōu)越性得到了長足的發(fā)展，在不久的將來，將會(huì)完全取代交流異步電機(jī)，成為家電領(lǐng)域的主流。因此，研究無刷直流電機(jī)的控制，不僅具有理論意義，而且具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。第章緒論無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展及現(xiàn)狀一個(gè)多世紀(jì)以來，電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍己遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中，電動(dòng)機(jī)主要類型有同步電動(dòng)機(jī)、異步電

7、動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)三種，其容量小到幾瓦，大到上萬千瓦。眾所周知，直流電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行效率高和調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)均采用電刷，以機(jī)械方法進(jìn)行換向，因而存在相對(duì)的機(jī)械摩擦，由此帶來了噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等致命弱點(diǎn)，再加上制造成本高及維修困難等缺點(diǎn)，因而大大限制了它的應(yīng)用范臥】【】。針對(duì)上述傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)的弊端，早在年，提出了用整流管代替有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了永磁無刷直流電機(jī)的基本思想。二十世紀(jì)年代，就有人開始研制以電子換向代替電刷機(jī)械換向的直流無刷電動(dòng)機(jī)，并取得了一定成果。但由于當(dāng)時(shí)大功率電子器件僅處于初級(jí)發(fā)展階段，沒能找到理想的電子換相元器件，使得這種電

8、動(dòng)機(jī)只能停留在實(shí)驗(yàn)室研制階段，而無法推廣使用。年，美國哈利森等人首次申請(qǐng)了應(yīng)用晶體管換向代替電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向器換向的專利，這就是現(xiàn)代直流無刷電動(dòng)機(jī)的雛形。但由于該電動(dòng)機(jī)尚無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不能產(chǎn)量化。爾后又經(jīng)過人們多年努力，借助于霍爾元件來實(shí)現(xiàn)換相的直流無刷電動(dòng)機(jī)終于在年問世，從而開創(chuàng)了直流無刷電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品化的新紀(jì)元。年代以來，隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件，如、等相繼出現(xiàn)，以及高性能永磁材料、如釤鈷、釹鐵硼等的問世，均為直流無刷電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。年原聯(lián)邦德國公司分部在漢諾威貿(mào)易展覽會(huì)上正式推出經(jīng)典永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，標(biāo)志著無刷直流電動(dòng)機(jī)真正進(jìn)入實(shí)

9、用階段】。年，在論文中對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的特性進(jìn)行了全面系統(tǒng)的總結(jié)，指出了該電機(jī)主要的研究領(lǐng)域及研究方法，為今后的研究工作指明了方向，這篇論文也標(biāo)志著方波無刷直流電動(dòng)機(jī)理論上已基本成熟。我國對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究起步較晚，八十年代以前，國內(nèi)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究幾乎空白。年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國金屬加工設(shè)備展覽會(huì)，和兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器，引起了國內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意。自此，國內(nèi)掀起了研制開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)的熱潮。經(jīng)過多年的努力，目前，國內(nèi)已有無刷直流電動(dòng)機(jī)的系列產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)第章緒論模。在小功率范圍內(nèi)，己從科研轉(zhuǎn)向生產(chǎn)，如西安微電機(jī)研究所研制的、系列產(chǎn)品，上海交大研制的衛(wèi)

10、星上專用的永磁無刷直流電機(jī)，上海微電機(jī)研究所的無刷直流力矩電動(dòng)機(jī)等，但大功率低轉(zhuǎn)速的無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究方面發(fā)展不快，還未形成系列產(chǎn)品。限于我國元器件水平及相關(guān)理論與實(shí)踐相結(jié)合的程度還比較低，尤其是制造工藝和加工設(shè)備較國際水平差距較大，所以目前我國無刷電機(jī)綜合水平仍低于國際水平，大約相當(dāng)于國外年代末年代初的水平，有待進(jìn)一步的研究開發(fā)。目前，國內(nèi)對(duì)無刷直流電機(jī)的無位置傳感器化作了較多的研究工作，有的已經(jīng)取得實(shí)際應(yīng)用，如沈建新等人提出的用繞組端電壓檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法【引，這種無刷電機(jī)已成功地用于家用空調(diào)器的壓縮機(jī)電機(jī)中，使空調(diào)的噪音小，維護(hù)方便，且有節(jié)能效果；有的尚處于研制階段，如舒曦輝等人提出的

11、通過檢測(cè)并聯(lián)于逆變器的功率器件兩端的續(xù)流二極管的導(dǎo)通狀態(tài)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法；又如陸云波等人提出的通過檢測(cè)反電勢(shì)中三次諧波來獲得轉(zhuǎn)子位置的方法吼，該方法中采用了積分器電路來完成移相。電角度功能，這使得電機(jī)的低速性能比端電壓法有所改進(jìn)。但后幾種控制方法僅處在研制階段，尚未實(shí)用化。雖然近幾年來，國內(nèi)的許多專家、學(xué)者在無位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究方面傾注了不少心血，也取得了不小的成績，但與國外的無位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)研究水平相比，還存在不小的差距。從無刷直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平來看，我國與國際水平有著較大的差距，還有一段較長的路要走。因此，研究無位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)對(duì)于縮小與發(fā)達(dá)

12、國家水平的差距，滿足國民生產(chǎn)、生活的需要都有重大的意義。無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的發(fā)展】無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制器，當(dāng)前主要有專用集成電路（）控制器、微處理器（）和數(shù)字信號(hào)處理器（）等三種方式。對(duì)于專用集成電路（），現(xiàn)在幾乎所有先進(jìn)工業(yè)國家的半導(dǎo)體廠商，都能提供自己開發(fā)的電機(jī)控制專用集成電路，如公司的芯片、，公司的以及公司的等芯片均可以實(shí)現(xiàn)無位置傳感器的無刷直流電機(jī)簡單控制，但使用時(shí)受到的限制過多。第章緒論由微處理器（構(gòu)成的控制電路正在逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制電路，在提高控制性能和可靠性的同時(shí)簡化了硬件電路，使系統(tǒng)能夠完成更復(fù)雜的控制任務(wù)。目前如，等很多家公司都生產(chǎn)專用電機(jī)控制芯片，使控制無刷直流電機(jī)變

13、得很容易，其中應(yīng)用較多的是系列產(chǎn)品。但單片機(jī)的處理能力有限，特別是需要處理的數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性和精度要求高時(shí)，單片機(jī)往往不再能滿足要求。，目前人們最普遍的做法是使用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器（：鯽）來解決電機(jī)控制器不斷增加的計(jì)算量和速度需求。將模數(shù)轉(zhuǎn)換器（）、脈寬調(diào)制發(fā)生器（）和數(shù)字信號(hào)處理器（）集成在一起，就獲得一個(gè)功能強(qiáng)大又非常經(jīng)濟(jì)的電機(jī)控制專用芯片。從發(fā)展趨勢(shì)來看，以數(shù)字信號(hào)處理器為核心的控制電路將代表無刷直流電動(dòng)機(jī)電子換向控制器的發(fā)展方向。因?yàn)殡S著工業(yè)和電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)性能和智能要求的不斷提高，一些以前不需要考慮的復(fù)雜高級(jí)算法：如電動(dòng)機(jī)的矢量控制、電動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)的非線性控制、系統(tǒng)的最優(yōu)控制適應(yīng)性

14、控制等正在變?yōu)楫a(chǎn)品，成為在市場(chǎng)上取勝的必要因素。為此，世界各大生產(chǎn)廠商不約而同地推出自己的內(nèi)嵌式電動(dòng)機(jī)控制專用集成電路，使得與無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)合成為一種必然趨勢(shì)。采用實(shí)現(xiàn)無位置傳感器控制成為研究的熱點(diǎn)，低成本無位置傳感器無刷電動(dòng)機(jī)，成為無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。目前廣泛應(yīng)用的電機(jī)控制用芯片主要有公司的、和公司的、等。由公司所推出的是專為電機(jī)控制應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計(jì)的單片控制器，主要用于數(shù)字馬達(dá)控制、電機(jī)控制、工業(yè)自動(dòng)化、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等。系列芯片是系列的新成員，是平臺(tái)下的一種定點(diǎn)芯片。在與現(xiàn)存控制器芯片代碼兼容的同時(shí)，芯片具有處理性能更好、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)，是電機(jī)數(shù)

15、字化控制的升級(jí)產(chǎn)品。是該系列之一，它集一般的信號(hào)高速處理能力和適用于電機(jī)控制特點(diǎn)的優(yōu)化外部電路于一體，特別適合于包括直流無刷電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各種電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)。本文主要研究無位置傳感器的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)，不僅把古典的控制理論應(yīng)用到現(xiàn)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)當(dāng)中，而且利用高性能的專用微處理器控制電機(jī)把傳統(tǒng)的復(fù)雜硬件電路簡單化，軟第章緒論件實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制算法和復(fù)雜電路的邏輯功能。這不但降低了成本，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用也有借鑒作用。綜上所述，基于的無刷直流電機(jī)無傳感器控制系統(tǒng)研究在科學(xué)理論和工程實(shí)際上都有著重要的意義和應(yīng)用價(jià)值。無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方式無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行

16、是通過逆變器功率器件隨轉(zhuǎn)子的不同位置相應(yīng)地改變其不同觸發(fā)組合狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。因此準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子位置準(zhǔn)時(shí)切換功率器件的觸發(fā)組合狀態(tài)是控制無刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法可主要分為有位置傳感器控制方式和無位置傳感器控制方式兩種【】【】【】【。有位置傳感器控制方式有位置傳感器控制方式是指在無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上安裝位置傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，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(dòng)機(jī)電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化按次序換相，在空間形成步進(jìn)式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。最早的位置

17、傳感器是磁電式的，既笨重又復(fù)雜，己被淘汰，目前磁敏式的霍爾位置傳感器廣泛應(yīng)用于無刷直流電動(dòng)機(jī)中，另外還有光電式的位置傳感器。位置傳感器的存在增加了電動(dòng)機(jī)的體積，旋轉(zhuǎn)時(shí)傳感器難免有磨損，且需要多根信號(hào)線，更降低了系統(tǒng)的可靠性，這給無刷直流電動(dòng)機(jī)的微型化帶來了困難，也增加了電動(dòng)機(jī)制造的工藝要求和成本。此外，在某些場(chǎng)合因無法安裝位置和速度傳感器，且由于傳感器自身的一些缺點(diǎn)。以及系統(tǒng)成本等因素，促使人們對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的無傳感器控制展開研究。無位置傳感囂控制方式無位置傳感器無刷直流電機(jī)的控制是指不依賴位置傳感器，通過另外的方式得到轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)、角速度等狀態(tài)量，確定逆變器功率管的切換，進(jìn)而對(duì)定子繞組進(jìn)

18、行換相，保持定子電流和反電勢(shì)在相位上嚴(yán)格同步的一種控制方式。與直接檢測(cè)法相比，省去了位置傳感器，簡化了電動(dòng)機(jī)本體結(jié)構(gòu)，取得了良好的效果，并得到了廣泛的應(yīng)用。在無刷直流電動(dòng)機(jī)控制中如果不用位置傳感器，第章緒論就必須借助于對(duì)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置有關(guān)量的檢測(cè)和計(jì)算以獲得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。由于可以直接測(cè)量到的一般只有相電壓和相電流這兩個(gè)量，因此。國內(nèi)外研究成果所提出的無位置傳感器控制方法中，絕大部分都是基于以上兩個(gè)觀測(cè)量的。目前無刷直流電動(dòng)機(jī)無傳感器控制較為典型的控制方法有反電動(dòng)勢(shì)法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管法、電感法、電流法以及采用智能控制檢測(cè)法等，除了上述幾種方法，國內(nèi)外還出現(xiàn)了其它一些轉(zhuǎn)子位置信號(hào)

19、檢測(cè)方法，如渦流法：在轉(zhuǎn)子表面安裝非磁性材料，通過檢測(cè)由于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(hào)。模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法：通過自適應(yīng)技術(shù)、模糊控制策略或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略來建立被測(cè)電壓、電流等物理量與轉(zhuǎn)子位置的相互關(guān)系并進(jìn)而獲取轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，其中反電動(dòng)勢(shì)法是最常見和應(yīng)用最廣泛的方法。有位置傳感囂與無位置傳感器控制方式的比較運(yùn)行時(shí)需要轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，以控制逆變器功率管的換流，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行。有位置傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)控制是通過位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，以保證各相繞組的正確換流。相對(duì)而言，其控制方法和控制電路都很簡單，控制系統(tǒng)成本低，所以運(yùn)用比較廣泛。然而，有位置傳感器控制方法有

20、其自身不可避免的許多缺點(diǎn)（】：、增大了電機(jī)的體積。安裝了位置傳感器后，一方面電機(jī)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜了，另一方面電機(jī)的體積相對(duì)來說變大了，妨礙了電機(jī)的小型化。、增加了電機(jī)成本。容量在數(shù)百瓦以下的小容量方波型永磁無刷直流電機(jī)常用的霍爾傳感器的成本相對(duì)于電機(jī)本體來說所占比例比較大。、可靠性差。一臺(tái)三相方波電機(jī)若采用霍爾做傳感器，至少增加五根連線，采用其他傳感器時(shí)連接線更多。過多的接線使得系統(tǒng)的可靠性變差，且維修困難。、傳感器的輸出信號(hào)易受到干擾。傳感器的輸出信號(hào)都是弱電信號(hào)，在高溫、冷凍、濕度大、有腐蝕物質(zhì)、空氣污濁等工作環(huán)境及振動(dòng)、高速運(yùn)行等工作條件下，都會(huì)降低傳感器的可靠性。若傳感器損壞，還可能連鎖反應(yīng)

21、引起逆變器等器件的損壞。、傳感器的安裝精度對(duì)電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大，相對(duì)增加了生產(chǎn)工藝的難度。第章緒論由此可見，雖然有位置傳感器的驅(qū)動(dòng)方式簡單、方便，但一定程度上限制了的推廣和應(yīng)用，相對(duì)而言，無位置傳感器方式在控制上有比較大的優(yōu)勢(shì)。在很多特殊場(chǎng)合，無法使用傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，必須采用無位置傳感器控制方式。因此，無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制近年來日益成為研究的熱點(diǎn)，同時(shí)也必將會(huì)越來越朝著實(shí)用化的方向發(fā)展。無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用由于無刷直流電機(jī)的優(yōu)異性能，使得世界上許多科研機(jī)構(gòu)和公司都投入到這一技術(shù)領(lǐng)域，使無刷直流電機(jī)的技術(shù)得到了充分展示和更加廣泛的應(yīng)用。、在電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用【電動(dòng)車（，）是指以車

22、載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛，它包括電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車和電動(dòng)自行車等。現(xiàn)代電動(dòng)車具有清潔無污染、動(dòng)力源多樣化、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用、維修方便等特點(diǎn)，被稱為“世紀(jì)的綠色環(huán)保車”。為了減少燃油車輛造成的污染問題，電動(dòng)車輛的研制被稱為具有深遠(yuǎn)意義的革命性措施。最早采用的是有刷直流電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。因?yàn)橹挥兄绷麟妱?dòng)機(jī)的特性才能適合車輛運(yùn)行的特點(diǎn)。在電子技術(shù)和電子元器件取得突破性進(jìn)展之后，交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速問題得到解決，交流異步電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件的方案也被電動(dòng)車輛采用。但是最有發(fā)展前途的還是無刷直流電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樗钠饎?dòng)力矩大、過載能力強(qiáng)、體積小

23、、省電、高效率、長壽命、免維修、控制方便的特點(diǎn)正適合電動(dòng)車輛的運(yùn)行特性。從年開始，無刷直流電機(jī)成為電動(dòng)車的主流電機(jī)，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、材料性能和成本特性不斷優(yōu)化。另外，值得一提的是近年來，電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的不斷優(yōu)化己順利解決了起動(dòng)噪聲大，起步不平穩(wěn)等技術(shù)難題，起動(dòng)和低速性能較好，采用的電動(dòng)車的駕駛性能將是十分優(yōu)秀的。、在工業(yè)自動(dòng)化方面的應(yīng)用在世紀(jì)年代以前，由于相關(guān)技術(shù)發(fā)展的限制，直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一直在伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是傳統(tǒng)的直流電機(jī)存在著制造成本高、體積龐大、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用范圍受到一定限制，特別是在高性能的中小功率伺服驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合。年代以來，現(xiàn)代控制理論、電力電子技術(shù)、微機(jī)控制第章

24、緒論技術(shù)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展和應(yīng)用，尤其是矢量控制技術(shù)的不斷成熟，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能可以和直流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相媲美。加上無刷直流電機(jī)技術(shù)發(fā)展的日趨成熟，在一些高性能伺服驅(qū)動(dòng)場(chǎng)合，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)甚至有取代直流伺服的趨勢(shì)。在數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、自動(dòng)紡織、印刷、包裝、冶金、郵政機(jī)械、自動(dòng)化生產(chǎn)流水線和各種專用設(shè)備等都采用無刷直流電動(dòng)機(jī)來滿足機(jī)械設(shè)備的高效率、高精度、高性能的要求。在一般的輕工機(jī)械中一些要求精密控制速度和位置的設(shè)備如數(shù)控縫紉機(jī)、彩擴(kuò)放大機(jī)、高速食品攪拌機(jī)也大多采用永磁無刷電動(dòng)機(jī)。特別是在機(jī)器人和機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)中，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用極多?？傊诠I(yè)應(yīng)用中，無刷直流電動(dòng)機(jī)在快速性、

25、可靠性、可控性、體積、重量、節(jié)能、效率、耐受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。特別是近幾年來，隨著稀土永磁材料和電力電子器件性價(jià)比的不斷提高，無刷直流電動(dòng)機(jī)作為中小功率高性能調(diào)速電機(jī)和伺服電機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。、在家電產(chǎn)品中的應(yīng)用【】隨著人們生活水平的提高，高效、節(jié)能、低噪音、具有環(huán)保功能的“綠色家電”越來越受到人們的歡迎。在空調(diào)行業(yè)，永磁無刷直流電機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)成為衡量空調(diào)技術(shù)水準(zhǔn)的重要指標(biāo)之一。目前，變頻空調(diào)技術(shù)已從異步電機(jī)變頻控制發(fā)展到無刷直流電機(jī)的變轉(zhuǎn)速控制，即市場(chǎng)上所宣傳的“直流變頻空調(diào)”，其壓縮機(jī)電機(jī)和室內(nèi)，室外風(fēng)機(jī)都采用永磁無刷直流電機(jī)，與采用交流異步電機(jī)變頻空調(diào)相比，無刷直

26、流電機(jī)變轉(zhuǎn)速空調(diào)具有啟動(dòng)功率大、效率高、節(jié)能、抗電壓波動(dòng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。變頻洗衣機(jī)是近年來進(jìn)入居民家庭消費(fèi)的又一熱門產(chǎn)品。目前應(yīng)用于變頻洗衣機(jī)的電機(jī)類型主要有異步電動(dòng)機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)三大類。永磁無刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)洗衣機(jī)具有機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、高效節(jié)能、洗滌脫水運(yùn)行噪音低等一系列優(yōu)點(diǎn)，代表了未來的發(fā)展趨勢(shì)。、在其他領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)用永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)也是一個(gè)新興的領(lǐng)域，美國己經(jīng)在“心臟泵”這個(gè)高科技技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用。牙科和耳科用的電動(dòng)醫(yī)療器械，要求小尺寸、高可靠、長壽命、低噪聲、免維護(hù)的微型高速電動(dòng)機(jī)，用永磁無刷電動(dòng)機(jī)替代永磁高速有刷電動(dòng)機(jī)應(yīng)是一個(gè)發(fā)展方向。由于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)具有直流

27、電動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性能，而且可靠性高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天飛行器中，衛(wèi)星上太陽能帆板驅(qū)動(dòng)己經(jīng)逐步采用了永磁無刷第章緒論直流電動(dòng)機(jī)。總之，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過多年的發(fā)展，在技術(shù)上已經(jīng)逐步成熟，在大量應(yīng)用中已經(jīng)顯示其優(yōu)良特性，應(yīng)用領(lǐng)域幾乎可覆蓋所有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，并可以起到其他類型電動(dòng)機(jī)不能達(dá)到的功能。國際上有些專家預(yù)言世紀(jì)是無刷直流電機(jī)廣泛應(yīng)用時(shí)期，永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展，這已經(jīng)是必然的結(jié)果。論文的主要研究工作本課題以永磁方波無刷直流電機(jī)（）為控制對(duì)象（若無特別說明，以后本文中出現(xiàn)的無刷直流電機(jī)均指的是方波無刷直流電機(jī)），設(shè)計(jì)了一套無位置傳感器的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。以數(shù)字信號(hào)處理器）

28、為微處理器，采用直接反電勢(shì)法來測(cè)量轉(zhuǎn)子位置和速度信息，以實(shí)現(xiàn)速度、電流雙閉環(huán)控制。本課題的主要研究內(nèi)容有以下幾個(gè)方面：（）無刷直流電機(jī)的建模與無傳感器控制檢測(cè)方法：通過對(duì)無刷直流電機(jī)工作原理的深入分析，建立無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。通過對(duì)無位置傳感器位置檢測(cè)方法的比較，提出了新型直接反電動(dòng)勢(shì)位置檢測(cè)方法，該方法不需要分壓電阻和低通濾波器，就能精確地檢測(cè)過零點(diǎn)，實(shí)施簡單，成本較低。（）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)：對(duì)無位置傳感器無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了控制系統(tǒng)的位置檢測(cè)方案、起動(dòng)方案、控制方法和控制核心。（）硬件設(shè)計(jì)：根據(jù)設(shè)計(jì)方案和數(shù)學(xué)模型，搭建系統(tǒng)的硬件電路。包括主控電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、檢測(cè)保

29、護(hù)電路、的外圍電路以及其它輔助功能電路，檢查電路正確連通。（）軟件設(shè)計(jì)：完成系統(tǒng)控制軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。（）系統(tǒng)仿真：對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真。觀測(cè)電機(jī)的電流、電壓、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號(hào)波形，檢測(cè)控制方案的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性，以達(dá)到控制系統(tǒng)的要求。第章無刷直流電機(jī)的工作原理第章無刷直流電機(jī)的工作原理無刷直流電動(dòng)機(jī)是近幾十年來隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型電動(dòng)機(jī)，其基本工作原理就是借助反映轉(zhuǎn)子位置的位置信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開關(guān)元件，使電樞繞組以一定順序饋電，從而在氣隙中產(chǎn)生步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子位置信號(hào)依一定規(guī)律變化，從而改變電樞繞組的通

30、電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換”。由此可見，電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確獲取對(duì)電機(jī)的控制起著至關(guān)重要的作用。無刷直流電機(jī)的組成無刷直流電機(jī)的組成框圖如圖所示，結(jié)構(gòu)電路如圖所示。圖無刷直流電機(jī)的原理框圖圖無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖無刷直流電機(jī)就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為由永磁電機(jī)本體、電力電子換向線路和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路三者組成的“電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)”。普通直流電機(jī)的電樞通過電刷和換向器與直流電源相連，電機(jī)內(nèi)部的電流是交變的，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電第章無刷直流電機(jī)的工作原理能量的互相轉(zhuǎn)換。而無刷直流電機(jī)由位置檢測(cè)裝置（有位置傳感器或者無位置傳感器）提供電機(jī)磁極的位置信號(hào)，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號(hào)，去控制電子

31、換向線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子換向線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械電刷和換向器的換向作用。無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理【】【】傳統(tǒng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)是將磁極固定安裝在定子上，通過換向器和電刷向作為轉(zhuǎn)子的電樞供電，換向器和電刷保證了使處于定子某極下面（無論是電勵(lì)磁還是永磁體）的電樞導(dǎo)線中的電流方向始終符合產(chǎn)生正確電磁轉(zhuǎn)矩的要求，在這種結(jié)構(gòu)中電刷是不可避免的，并因此而造成了能量損失、換向火花以及電機(jī)結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜化和電機(jī)維護(hù)困難等不利因素。無刷直流電動(dòng)機(jī)采用永磁體作為磁極，并將其安裝在轉(zhuǎn)子部分，電樞導(dǎo)線安放在定子槽中，為了保

32、證電樞電流產(chǎn)生正確的電磁轉(zhuǎn)矩，通過開關(guān)元件控制子定子電樞電流的導(dǎo)通順序和導(dǎo)通時(shí)間，其原則是保證轉(zhuǎn)子磁極在任何時(shí)候都使處在其下的電樞導(dǎo)體產(chǎn)生正確轉(zhuǎn)矩，為此無刷電動(dòng)機(jī)必須正確檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置，以轉(zhuǎn)子磁極位置信號(hào)作為控制定子電樞繞組通電的依據(jù)。多采用三相橋式功率主電路組成，下面將以三相橋式主電路分析其運(yùn)行原理【”。三相橋式主電路等效圖如圖所示，逆變器為標(biāo)準(zhǔn)的三相橋式結(jié)構(gòu)，上橋臂元件卜、給各相繞組提供正向電流，產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩；下橋臂元件、給各相繞組提供反向電流，在相同極性轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生反向的電磁轉(zhuǎn)矩。逆變器元件通電方式有兩兩導(dǎo)通（。導(dǎo)通型）和三三導(dǎo)通（。導(dǎo)通型），其輸出轉(zhuǎn)矩大小不同。（）、兩

33、兩導(dǎo)通方式所謂兩兩導(dǎo)通方式是指每一個(gè)瞬間各有不同相的上、下橋臂開關(guān)元件導(dǎo)通，每個(gè)元件導(dǎo)通周期（。電角度），每隔周期（。電角度）換相一次，每次換相時(shí)一個(gè)導(dǎo)通的開關(guān)元件被關(guān)斷，而另一個(gè)橋臂上原先關(guān)斷的開關(guān)元件導(dǎo)通，也就是橋臂間進(jìn)行換相。各開關(guān)元件的導(dǎo)通順序?yàn)椋骸?；、；、：、；、；、。在每個(gè)電周期內(nèi)有六個(gè)開關(guān)狀態(tài)，因第章無刷直流電機(jī)的工作原理此，稱這種導(dǎo)通方式為兩兩導(dǎo)通、三相六狀態(tài)的。導(dǎo)通方式。（）、三三導(dǎo)通方式所謂三三導(dǎo)通方式是指每一瞬時(shí)間均有不同相的三只開關(guān)元件導(dǎo)通，每個(gè)元件導(dǎo)通周期（。電角度），每隔，周期（。電角度）換相一次，每次換相時(shí)一個(gè)導(dǎo)通的開關(guān)元件被關(guān)斷，而另一個(gè)橋臂上原先關(guān)斷的開關(guān)元件

34、導(dǎo)通，也就是橋臂間進(jìn)行換相。各開關(guān)元件的導(dǎo)通順序?yàn)椋?、；、；、；、；、；、。下面以兩兩?dǎo)通方式為例，分析的運(yùn)行原理【】吲。在作過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子位于圖（）所示位置時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)位置信號(hào)檢測(cè)電路送出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，并給出換相信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大，使功率開關(guān)管、導(dǎo)通，即繞組、通電，電流從相流入相流出，、兩相電樞繞組的合成磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)相互作用，拖動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路徑為：電源正極相繞組一相繞組一電源負(fù)極。當(dāng)轉(zhuǎn)子相對(duì)電樞轉(zhuǎn)過。電角度，達(dá)到圖（）中位置時(shí)，控制系統(tǒng)運(yùn)算得到此位置，并給出開關(guān)序列信號(hào)，使功率開關(guān)管截止，導(dǎo)通，電流流通路徑為：電源正極相繞組相繞組一電源負(fù)極。此時(shí)仍然

35、導(dǎo)通，則繞組、通電，電流從相流入相流出，、兩相電樞繞組的合成磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子磁極磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。依此類推，轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針每轉(zhuǎn)過。電角度，功率開關(guān)管切換一次，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)始終受到定了合成磁場(chǎng)的作用，沿順時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。不難看出，在換相過程中，定子繞組電流在空間內(nèi)所形成的合成磁場(chǎng)不是連續(xù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而是一種跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，每個(gè)步進(jìn)角度為。電角度。（）圖工作原理示意圖第章無刷直流電機(jī)的工作原理無刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型可建立其電壓方程、轉(zhuǎn)矩方程、狀態(tài)方程以及等效電蹦剛【】。前前（）塞專曇三醫(yī)墨筆芝，醫(yī)三三。、三拍、為三相定子繞線自感國第章無刷直流電機(jī)的工作原理三。、工。、乞、，為

36、三相定子繞線間互感；又因?yàn)樵谌鄬?duì)稱的電機(jī)中存在，因而純蚴。，區(qū)；上工蘭三圣轉(zhuǎn)矩方程與磁通和電流幅值成正比，即：口，無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通直流電動(dòng)機(jī)相似，其電磁轉(zhuǎn)矩大?。核軈蔡m！趔腳（）其中：緲為電機(jī)的角速度；只為電機(jī)的極對(duì)數(shù)；在忽略轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的粘滯系數(shù)的假設(shè)下，無刷電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可寫為：瓦“警其中：正為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；，為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。狀態(tài)方程和等效電路將式（）改寫成電機(jī)的狀態(tài)方程為：（）料一站口一肘“一足一吖伊¨川¨訓(xùn)雌卜第章無刷直流電機(jī)的工作原理由無刷直流電機(jī)的電壓方程可將電動(dòng)機(jī)等效為圖的電路結(jié)構(gòu)。心圖無刷直流電機(jī)等效電路圖第章無位置傳感器控制的新型位置檢測(cè)

37、方法第章無位置傳感器控制的新型位置檢測(cè)方法無位置傳感器問題的提出所謂無位置傳感器控制，正確的理解應(yīng)該是無機(jī)械的位置傳感器控制，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，作為功率器件換向?qū)〞r(shí)序的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)仍然是需要的，只不過這種信號(hào)不再由位置傳感器來提供，而是通過其他的方法來間接地獲得。無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的獲取方法不外乎兩種：帶位置傳感器檢測(cè)和無位置傳感器檢測(cè)。正如電刷和機(jī)械換向器限制了有刷直流電機(jī)的應(yīng)用一樣，位置傳感器的存在也給無刷直流電機(jī)帶來諸多不利影響。因此，無刷直流電機(jī)的無位置傳感器技術(shù)近年來日益受到人們的關(guān)注，國內(nèi)外研究人員在這方面進(jìn)行了積極的研究。無位置傳感器控制的位置檢測(cè)方法（目前無刷直流電動(dòng)

38、機(jī)無傳感器控制較為典型的控制方法有反電動(dòng)勢(shì)法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管法、電感法、電流法以及采用智能控制檢測(cè)法等。反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)法、反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法是目前技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法。適用于三相六拍、繞組星型聯(lián)結(jié)、。兩兩通電方式。其原理為：在無刷直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)、忽略電機(jī)電樞反應(yīng)的前提下，通過檢測(cè)關(guān)斷相反電動(dòng)勢(shì)的過零點(diǎn)來獲得永磁轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵位置信號(hào)，從而控制繞組電流的切換。這種方法在家電領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛。反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法的缺點(diǎn)是靜止或低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)為零或很小，難以得到有效的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，系統(tǒng)低速性能較差，需要開環(huán)方法起動(dòng)；此外為消除調(diào)制引起的高頻干擾而

39、對(duì)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)進(jìn)行深度濾波，這帶來了與速度有關(guān)的相移，為保證正確的電流換相要對(duì)此相移進(jìn)行補(bǔ)償。因此，國內(nèi)外研究人士紛紛就其相位滯后、換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、忽略電樞反應(yīng)造成的誤差等問題做了深入研究。第章無位置傳感器控制的新型位置檢測(cè)方法、反電動(dòng)勢(shì)三次諧波積分檢測(cè)法這種方法也是適用于。導(dǎo)通、繞組星型接法的無刷直流電機(jī)的控制中，由于梯形波的反電動(dòng)勢(shì)必然包含有三次諧波分量，獲取此分量并對(duì)其進(jìn)行積分，當(dāng)積分值為零時(shí)即得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置信息。與反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)法相比，三次諧波積分法和電機(jī)速度、負(fù)載情況無關(guān)，受逆變器引起的干擾影響小，無需深度濾波，移相誤差小，有更寬的調(diào)速范圍，低速時(shí)三次諧波信號(hào)依然可以檢測(cè)到，所

40、以起動(dòng)和低速性能要好些，在更寬的調(diào)速范圍內(nèi)這種方法能獲得更大的單位電流出力和更高的電機(jī)效率。、反電動(dòng)勢(shì)積分法反電動(dòng)勢(shì)積分法是對(duì)非導(dǎo)通相繞組的反電動(dòng)勢(shì)積分從而獲得轉(zhuǎn)子位置，當(dāng)關(guān)斷相的反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)時(shí)開始對(duì)其絕對(duì)值進(jìn)行積分，當(dāng)積分值達(dá)到一個(gè)設(shè)定的閥值時(shí)停止積分，此時(shí)獲得了轉(zhuǎn)子位置，對(duì)應(yīng)于定子繞組的換流時(shí)刻，通過改變此閥值即可實(shí)現(xiàn)高速時(shí)為提高轉(zhuǎn)矩而采取的換流角超前控制。因?yàn)榈退贂r(shí)反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)很弱，這種方法也需要采取開環(huán)起動(dòng)方式。逆變橋中功率器件的開關(guān)噪聲影響這種方法的低速特性。、續(xù)流二極管法續(xù)流二極管法又稱。第三相導(dǎo)通法”，它是通過反并聯(lián)于逆變橋功率開關(guān)管上續(xù)流二極管的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)的檢測(cè)來確定轉(zhuǎn)子

41、位置的。續(xù)流二極管法其本質(zhì)還是反電動(dòng)勢(shì)法，只是在“斷開相”反電勢(shì)過零點(diǎn)檢測(cè)上有了一定的改變，這種改變?cè)谝欢ǔ潭壬夏軌蛲貙掚姍C(jī)的調(diào)速范圍。但這種方法現(xiàn)在國內(nèi)應(yīng)用并不是很廣泛。因?yàn)樗笊舷鹿β势骷喠魈幱跀夭ǚ绞?，控制的難度較大；同時(shí)它必須從軟、硬件兩個(gè)方面去除二極管續(xù)流導(dǎo)通的無效信號(hào)和因毛刺干擾而產(chǎn)生的誤導(dǎo)通信號(hào)。狀態(tài)觀測(cè)看法“狀態(tài)觀測(cè)器法”的基本思想就是以電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置角、電流等參數(shù)為狀態(tài)變量，在定義狀態(tài)變量的基礎(chǔ)上建立電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)字濾波得出狀態(tài)變量的離散值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制?！盃顟B(tài)觀測(cè)器法”比較好地解決了電機(jī)在高速、重載情況下難以控制的問題，其良好的抗干擾能力使其更適用

42、于惡劣的工作環(huán)境?！盃顟B(tài)觀測(cè)器法”龐大的運(yùn)算量在一定程度上限制了它的應(yīng)用。這種方法一般采用數(shù)字信號(hào)處理器（）來承擔(dān)龐大的運(yùn)算量，因而增加第章無位置傳感器控制的新型位置檢測(cè)方法了系統(tǒng)成本，在實(shí)際應(yīng)用中并不多見。從使用的觀測(cè)器種類來劃分，可分為擴(kuò)展卡爾曼濾波法（電感法電感法有兩種形式：一種是用于凸極式永磁無刷直流電機(jī)，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(jī)。第一種方法主要是通過在起動(dòng)過程中對(duì)電機(jī)繞組施加探測(cè)電壓來判斷其電感的變化。在凸極電機(jī)中，繞組自感可表示成繞組軸線與轉(zhuǎn)子直軸問夾角的偶次余弦函數(shù)，通過檢測(cè)繞組自感的變化，就可判斷出轉(zhuǎn)子軸線的大致位置，再根據(jù)鐵心飽和程度的變化趨勢(shì)確定其極性，

43、從而最終得到正確位置信號(hào)。這種方法難度較大，且只能應(yīng)用于凸極電機(jī)，所以現(xiàn)在較少應(yīng)用。與第一種方法相比，第二種方法才是真正意義上的電感法。在內(nèi)嵌式永磁無刷直流電機(jī)中，繞組電感會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子位置的改變而發(fā)生相應(yīng)變化，通過檢測(cè)這些變化，再經(jīng)過一定計(jì)算，即可得到轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。該方法中，需要對(duì)繞組電感進(jìn)行不問斷的實(shí)時(shí)檢測(cè)，增加了實(shí)現(xiàn)的難度，應(yīng)用不是很廣泛。人工智能方法人工智能技術(shù)具備一定的智能行為，能夠產(chǎn)生合適的求解問題的響應(yīng)。隨著人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展和研究的深入，很多學(xué)者已經(jīng)嘗試著將人工智能的方法應(yīng)用于電機(jī)控制。近年來，隨著實(shí)現(xiàn)手段（如單片機(jī)和）的功能不斷強(qiáng)大，各種智能控制方法得以容易地實(shí)現(xiàn)。利用模糊控

44、制或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制策略來建立相電壓、電流和轉(zhuǎn)子位置之間的相互關(guān)系，基于檢測(cè)到的電壓和電流信號(hào)來估，簡稱）和維納濾波法。算轉(zhuǎn)子位置信息。可以直接檢測(cè)電機(jī)相電壓和相電流，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練后可以估計(jì)出磁鏈向量，從而獲得轉(zhuǎn)子磁極位置。雖然人工智能方法將是未來的一種發(fā)展方向，但是離實(shí)際應(yīng)用還存在一定的距離。除了上述幾種方法，國內(nèi)外還出現(xiàn)了其它一些轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)方法，如渦流法：在轉(zhuǎn)子表面安裝非磁性材料，通過檢測(cè)由于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(hào)。磁鏈估計(jì)法：通過轉(zhuǎn)子磁鏈的值來確定其位置信號(hào)。這些方法或因?qū)崿F(xiàn)難度較大，或因應(yīng)用條件苛刻，或因檢測(cè)誤差太大等緣故，應(yīng)用都不是很廣泛。綜合考

45、慮系統(tǒng)的可靠性、技術(shù)成本和成熟性等問題，本系統(tǒng)位置檢測(cè)采用反電勢(shì)檢測(cè)法控制無刷直流電機(jī)的換向。第章無位置傳感器控制的新型位置檢測(cè)方法反電動(dòng)勢(shì)法電機(jī)控制的原理無刷直流電機(jī)中，受定子繞組產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的作用，轉(zhuǎn)子沿著一定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)定子上放有電樞繞組，因此，轉(zhuǎn)子一旦旋轉(zhuǎn)，就會(huì)在空間形成導(dǎo)體切割磁力線的情況，根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知，導(dǎo)體切割磁力線會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電熱。所以，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的時(shí)候就會(huì)在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，即運(yùn)動(dòng)電勢(shì)，一般稱為反電動(dòng)勢(shì)或反電勢(shì)。三相繞組反電勢(shì)及相電流波形如圖所示。對(duì)于采用三相六拍、繞組星型接法、。兩兩導(dǎo)通方式的無刷直流電機(jī)而言，三相繞組在任意時(shí)刻總有一相處于斷開狀態(tài)，

46、檢測(cè)斷開相的反電勢(shì)信號(hào)，當(dāng)其過零點(diǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子直軸與該相繞組重合，再延遲。即為無刷直流電動(dòng)機(jī)的換相點(diǎn)。乍尋?！?。一一”蘭二型尸一，。，；：?。欢?，。型”。弋一甙?！?。型”。：，乍一一圖無刷直流電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)和電流波形傳統(tǒng)反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)方法具有梯形反電動(dòng)勢(shì)波形的三相無刷直流電機(jī)主電路等效電路圖如圖所示，對(duì)于某一相繞組（假設(shè)相），其導(dǎo)通時(shí)刻的基本電路原理圖如圖所示闊口”。圖相導(dǎo)通基本電路原理圖第章無位置傳感器控制的新型位置檢測(cè)方法無刷直流電機(jī)的三相端電壓方程：圪訓(xùn)哮圪鄧哮毛圪訓(xùn)哮其中：上：相電感矗：相電阻（）（）（）瓦、毛、：反電動(dòng)勢(shì)圪、圪：繞組端點(diǎn)對(duì)地電壓：中點(diǎn)電壓。由于采用兩相導(dǎo)通三相六拍運(yùn)行方式，任一瞬間只有兩相導(dǎo)通，設(shè)相相導(dǎo)通，且十，則、兩相電流大小相等，方向相反，相電流為零。由于屯，得去眈）二（）（）圪一圪一去眈）二式（）為相反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)方程。同理，、相反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)方程為：乜圪一圪一去）二（）（）既一圪一妻眈圪）二但是實(shí)際上，繞組的反電動(dòng)勢(shì)是難以直接測(cè)取的物理量，因此，通常的做法是通過檢測(cè)電機(jī)端電壓信號(hào)，進(jìn)行比較來間接獲取繞組反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的過零點(diǎn)，從而確定轉(zhuǎn)子的位置，故這種方法又稱為“端電壓法”。基于端電壓的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路如圖所示，將端壓、虼、