随着新一代信息技术与制造业的深度融合,不断涌现出新的生产方式与产业形态,智能工厂正在引领制造方式变革。自动导引车在传统制造业工厂运输领域发挥了至关重要的作用,能够大幅度降低人工成本,提高产能。作为自动导引车的驱动部件,轮毂电机驱动器的研究受到广泛关注。通过研究国内外电机的选型以及驱动器的控制方法,确定了本文的设计方案与研究内容,设计了一套针对AGV(Automatic Guided Vehicle)无刷直流电机的GaN高频驱动控制系统。论文主要内容如下:分析了无刷直流电机转矩脉动的产生原因,通过数学推导得出逆变器的开关频率与转矩脉动成反比关系,而GaN器件在高频率下的性能要远优越于普通硅功率器件,因此本文围绕GaN高频驱动器的设计展开研究。根据无刷直流电机的结构建立了数学模型,并采用磁场定向控制(Field Oriented Control:FOC)作为电机驱动的控制算法。本系统采用模块化设计方案,主要包含坐标变换模块、空间矢量脉宽调制模块、无位置传感器控制模块。坐标变换模块将定子电流分解成两个直流分量,它们相互正交、互不影响,目的是精确控制电机速度。空间矢量脉宽调制模块主要是针对逆变器的控制,该模块产生的PWM波去控制六个GaN开关管,从而使三相全桥逆变器产生正弦交流电。无位置传感器控制模块主要确定转子位置,本文在分析了传统滑模观测器通过反正切函数得到转子位置的基础上,提出了一种基于锁相环的自适应滑模观测器,该方法在估计无刷直流电机的反电动势后,可以准确得到转子位置信息。围绕基于GaN功率器件的高频驱动器,本文设计出硬件部分中的驱动电路模块、电源模块、相电流检测模块、过温检测模块以及滤波器模块等,分析了每个模块的功能,并详细介绍了软件设计流程框图。通过Simulink仿真验证了FOC控制系统具有良好的控制性能,在基于主控芯片TMS320F28069的实验平台上对驱动器进行测试,进一步验证了FOC算法用于控制自动导引小车GaN高频驱动器的可行性。