基于矢量控制的永磁无刷电机控制器的设计与实现

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永磁无刷电机有别于传统的直流电机,是一种新型的机电一体化电机。永磁无刷电机的发展受到多个因素的影响。永磁材料的出现及迭代,电力电子技术的进步,都使永磁无刷电机有了突破性的改变;同样,微电子技术的更新,自动控制技术的突飞猛进,也为永磁无刷电机的快速发展发挥了重要作用。针对不同种类不同用途的永磁无刷电机,都有匹配的控制器,完成对其的控制使用。本文着力于设计一款新型控制器,完成对电动三轮车用永磁无刷电机的控制,解决传统控制器电压利用率不高、转矩脉动大、噪音大、稳定性不佳等缺点。结合所选电机的特点,本文针对永磁无刷电机的系统结构,搭建了永磁无刷电机的数学模型,得到了电机在各个坐标系的数学方程。通过对各种控制方式优缺点的比较,参考本文所用电机参数及使用环境,选择矢量控制作为其控制方式。针对所选择的控制方式,进行了理论推导,介绍了永磁无刷电机矢量控制的特点、方式以及理论基础,在此基础之上对其进行了充分的研究。针对矢量控制,提出了具体的实施方法,通过MATLAB的Simulink模块进行了SVPWM逆变的仿真验证。本文选择转速电流双闭环调速系统。通过对电机运行特点的分析,选择模糊PI控制速度闭环而使用普通PI控制电流环的方案。借助搭建其仿真模型,找到了控制器的最优设计参数。由于控制器设计成本的限制,在估算转子位置的问题上,选择了一种利用霍尔传感器来检测的低成本检测方法。围绕所选择的STM32系列芯片,利用Altium Designer10软件进行了控制器整个硬件电路的设计,并且制作PCB板进行了实验验证。在KeilμVision5软件平台上进行了整个系统软件部分的设计与开发,完成了各个功能模块的建设。最后,对制作的控制器成品在实验室进行了充分的实验,验证了制作的基于矢量控制的永磁无刷电机控制器的实际使用性和有效性,基本实现了设计要求,满足了最初的功能需要。
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