电动车无刷直流电机无位置传感器驱动控制研究

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传统的燃料汽车不仅消耗化石能源,而且排放大量的尾气,这对世界能源危机和空气污染产生严重的影响。纯电动车这几年高速发展,作为未来出行的优选方案,其具有无污染、低噪声、智能化等优点。电动车用电机驱动系统作为电动汽车的心脏,其性能的优劣直接影响到乘客的驾驶感受,有必要对其进行深入的研究,而无位置传感器的驱动控制可以使电动汽车适应更加复杂的环境,因为不需要安装霍尔传感器的缘故,可以减轻电机重量和降低成本。本文设计了一套基于STM32芯片的电动车无刷直流电机无位置传感器驱动控制系统,该系统控制精度高、响应速度快、稳定可靠。本文首先通过理论研究,充分了解了电动汽车对电动驱动系统的性能要求,并且分析了电动车用电机的数学模型以及控制原理;着重对PID(Proportion、Integral、Differential)控制算法进行了研究,针对算法中积分项可能出现的积分饱和现象,使用变积分控制算法对增量式PID控制算法中的积分项进行优化,实现了积分累加速度随偏差的变化而改变。针对PID参数整定比较复杂的问题,本文提出使用爬山算法在Simulink仿真平台上对速度环PI参数进行快速整定仿真,得到的PI参数对后面硬件设计中PI参数的选择具有重要的参考价值。在理论基础上,对控制系统的硬件和软件进行设计,采用STM32F051R8T6作为控制芯片,搭建了一套可以实现无位置传感器驱动控制的软硬件系统,并对增量式PID算法进行优化设计,改进后的控制算法可以对速度环中转速超调进行有效的抑制;通过在电机启动时检测检流电阻的电流值确定电机转子的初始位置的方法,可以有效的缓解电机启动时的转速脉动,达到更加平稳启动的目的。本文搭建实验平台对设计好的控制系统进行性能测试,主要包括PWM(Pulse Width Modulation)波检测、电机启动测试、闭环测试和负载测试。测试结果表明:本文设计的电动汽车无刷直流电机无位置传感器驱动控制系统运行稳定;根据转子磁钢与电枢反应的关系,优化设计“三段式”启动方法,可以使电机启动更加平稳;基于变积分的增量式PID控制算法的优化设计可以有效的抑制转速调节中超调量的产生;电机驱动控制系统的设计达到预期要求。
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