基于无刷直流电机的防夹控制系统研究与开发

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电动开闭系统广泛应用于人们日常生活,其给人们带来许多便利,但同时也存在着夹伤人员的风险。防夹控制技术是保证电动开闭系统安全应用的关键技术,其核心在于对电动开闭系统中驱动机构的控制。有刷直流电机作为常用的驱动机构,其防夹控制技术已经比较成熟。随着无刷直流电机控制技术的进步,其应用市场逐渐扩大,但无刷直流电机采用三相供电,且存在转矩脉动。因此,其防夹控制与有刷直流电机存在一定的区别,同时,其防夹控制的应用研究也较少。本文就无刷直流电机在电动开闭系统中的防夹控制进行研究,设计稳定可靠的防夹控制策略,这对无刷直流电机的安全应用与发展有着重要的意义。本文具体的研究内容如下:首先,建立无刷直流电机矢量控制模型。矢量控制不仅能够降低转矩脉动,其交轴电流与电机转矩直接相关,有利于进行防夹控制。利用Simulink软件搭建无刷直流电机矢量控制模型,并进行仿真试验。仿真结果显示,矢量控制能够降低转矩脉动,且交轴电流稳定,可以作为实现防夹控制的基础。其次,根据无刷直流电机的特性与防夹控制基本原理,设计一种以电机电流和速度作为判断依据的防夹控制策略。该防夹控制策略分为三个部分:防夹预判、异常信号识别、防夹力检测。防夹预判部分用于初步识别障碍物,获取电流和速度参考值;异常信号识别部分用于识别异常波动,避免防夹误判;防夹力检测用于识别防夹力大小,并发出指令控制电机运行状态。然后,根据所设计的矢量控制模型与防夹控制策略,利用Simulink软件搭建无刷直流电机防夹控制模型。在不同电压、不同初始负载、电流波动下进行防夹仿真试验。试验结果表明,所设计的防夹控制策略在不同电压和不同初始负载下均有效可靠,且能够识别信号异常波动,避免防夹误判。最后,设计基于无刷直流电机的防夹控制系统。利用瑞萨单片机完成防夹控制系统的设计,并在电动滑门台架上进行防夹力测试。包括100次重复防夹力测试,以及不同电压和不同初始负载下的防夹力测试。试验结果表明,防夹力大小均符合要求,且波动范围小,所设计的控制系统防夹功能有效可靠。
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