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无刷直流电动机(Permanent Magnet Brushless DC Motor简称BLDCM)利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器,因此使这种电动机不仅保留了传统直流电动机的优点,而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点,这使得它一出现就以极快的速度发展和普及。然而,位置传感器虽然为无刷直流电动机的转子位置检测提供了最直接的方法,但是它也使电动机增加了体积和信号线,更增加了电动机制造的工艺要求和成本。因此,近年来出现了无位置传感器无刷直流电动机,它通常仅采用计算的方法实现转子位置检测,这使得无位置传感器无刷直流电动机日益在变频调速领域成为一个新兴的瞩目对象,并被越来越广泛地运用到工业和民用领域。
本文在介绍了变频技术的概况和无刷直流电动机的结构、工作原理和控制方式的基础上,阐述了所研制的无位置传感器无刷直流电动机变频系统基于DSP控制器的系统构架和控制实现方式。本文采用目前常见和应用最广泛的感应电动势法实现了电动机转子位置的检测,并针对现有常见仿真软件中都没有无刷直流电动机仿真模型的现状,使用Matlab/Simulink利用分段线性化法的思想完成了无刷直流电动机梯形波感应电动势的建模,得到实用化和通用化的无刷直流电动机仿真模块。
另一方面,由于无位置传感器无刷直流电动机是一种自控式变频调速系统,也是一种强耦合、多变量、非线性、时变的复杂系统,因此传统的PID控制器不能达到良好的控制性能。针对这个问题,本文通过Simulink仿真试验设计了一种可变参数PI控制器,对电机转速进行调节。仿真结果表明,该方法大大改进了传统PI控制器的调节性能,有一定的实际应用价值。
在理论分析和仿真试验的基础上,本文还详细介绍了所研制的无位置传感器无刷直流电动机变频调速系统各功能模块的硬件设计及系统实现。并最后完成了整个样机试验系统,为该系统的商品化奠定了基础。