基于ARM的水下推进器专用智能驱动器的研究

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本课题针对于水下推进器各种工况重点研发专用智能驱动器,目的在于使水下推进器驱动器经济化、小型化、专用化和提高整个系统稳定性。在水下推进器转动过程中,基于霍尔的方波控制有噪音大、转矩脉动大和效率低等问题,为了改善以上不足,本课题以STM32F103RCT6微控制器为基础,运用空间矢量脉宽调制(SVPWM)和矢量控制基本理论。首先,介绍了用于测试驱动器的推进器的设计要求以及各重要零件的设计指标,接着详细讲解电机的工作原理和组成,同时给出电机定子电压方程、电磁转矩方程和运动方程。首先建立了永磁同步电机的数学模型,以直轴电流di=0为控制策略、SVPWM矢量控制为驱动方式确立了驱动器系统的总体方案。其次,设计中从硬件和软件方面对可靠性进行了特殊考虑。硬件对各模块进行严格隔离去耦和抗干扰设计,去除电源干扰、机械振动、电气接触不良等因素对驱动器安全的影响。硬件部分主要包括保护电路、最小系统电路、电源处理电路、采样电流滤波放大电路、霍尔接口电路和功率驱动电路。根据各电路特点和实现功能,设计原理图和制作PCB板。然后,对无刷直流电机核心算法进行了详细推导,并改进一阶数字低通滤波,增强滑模控制器计算结果的准确性。本文研究了电机的矢量控制技术,驱动器软件实现上,采用模块化的设计方法,编写通讯程序、转子位置检测程序、转子位置初始化程序、PI调节器程序、SVPWM矢量控制程序等功能模块,实现电流环内环,速度环外环的双闭环矢量控制系统。针对电机PI双闭环控制、正弦波启动、霍尔位置估算、相位超前角调整滑模转子位置和转速估算等问题进行仿真实验研究。最后,基于搭建的水下推进器测试平台,对电机控制系统进行稳定性、耐压性和滑模控制器估算结果准确性测试研究。实验结果表明,电机在整个水下推进器系统中稳定工作,验证了方案的可行性。
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