基于SVPWM驱动直流无刷电机的EKF无位置传感器控制系统

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无刷直流电机具有结构简单、运行可靠、维护方便、动静态特性好等优点,同时还保留了普通直流电机优良的机械特性,在工业上已得到越来越广泛的应用。随着工业控制对系统的精度、响应速度以及稳定性能等要求越来越高,传统的相控方式由于存在转矩脉动较大等弊端,显然已难以胜任高精度的伺服系统,且物理传感器的存在限制了其应用范围,故必须改进控制方式,提高控制精度,以适应伺服系统的要求。  无刷直流电机的转矩脉动直接影响系统的动态性能,因此转矩脉动的抑制备受关注。传统120°导通型PWM控制方式电流控制能力弱,导致低速转矩脉动相当严重。为此,本文探讨了电压空间矢量法(SpaceVectorPulseWidthModulation)控制以及空间电压矢量调制方法,设计了基于DSP的无刷直流电机无传感器控制系统,并对系统进行了测试研究。  首先,介绍了无刷直流电机的结构、工作原理以及控制方法。经过比较,确立了以DSP为核心的无刷直流电机控制系统方案。本控制系统的主要优势在于利用数字信号处理器的高速运算功能,易于实现各种高效算法,达到无刷直流电机的高精度控制的目的。  其次,详细阐述了SVPWM控制策略,使无刷直流电机的定子电流接近于正弦波,以此来抑制转矩脉动。鉴于无刷直流电机无传感器的发展趋势,以及传统无传感器控制方案的局限性,本文采用了扩展卡尔曼滤波器(ExtendedKalmanFilter)来实现无传感器的SVPWM波控制,并详细介绍了卡尔曼滤波算法的原理。在实施方式中,利用扩展卡尔曼滤波器估算转子位置信号,实现了SVPWM所需的空间电气角度值的获取,实现了无刷直流电机廉价、可靠而又简洁的无传感器SVPWM控制。  最后,详细阐述了无刷直流电机控制系统的设计,包括系统的硬件和软件设计。以TI公司的TMS320L28335芯片为控制核心,设计了无刷直流电机控制电路、驱动电路、检测电路以及保护电路。本文还对控制系统算法及软件设计进行了介绍,包括主程序,SVPWM以及卡尔曼滤波的算法。  实验结果表明,利用扩展卡尔曼滤波算法的无传感SVPWM控制策略,能克服传统控制方式的不足,改善动态性能,有效抑制转矩脉动。系统性能可靠,具有较好的灵活性和适应能力。
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