无刷直流电机转子位置角优化计算研究

论文总字数：19858字

目 录

摘要 I

Abstract. II

1 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 2

1.3本文研究内容 2

1.4本文内容安排 2

2 无刷直流电机原理 3

2.1基本组成环节 3

2.1.1电机本体 3

2.1.2转子位置检测电路 3

2.1.3开关逻辑电路 4

2.2无刷直流电机换相方式 4

2.2.1无刷直流电机两两导通方式 5

2.2.2无刷直流电机三三导通方式 7

2.3无刷直流电机的数学模型 8

2.3.1定子绕组数学模型 8

2.3.2方波驱动电机数学模型 9

2.3.3正弦波驱动电机数学模型 10

3 霍尔式位置传感器的转子位置角估算原理 12

3.1霍尔式位置传感器 12

3.1.1霍尔效应 12

3.1.2霍尔位置传感器及其安装 12

3.2基于霍尔式位置传感器转子位置估测方法 13

3.2.1基于霍尔扇区的零阶估测法 13

3.2.2基于霍尔扇区的一阶估计法 14

3.2.3基于霍尔扇区的六步平均法 15

4 电机转子位置角测量仿真模型及仿真结果 17

4.1仿真模块设计 17

4.1.1霍尔信号产生模块 17

4.1.2零阶估算法模块 18

4.1.3一阶估计法模块 20

4.1.3六步平均法模块 22

4.2仿真结果及分析 23

4.2.1电机稳定运行仿真结果分析 23

4.2.2电机加速运行仿真结果分析 24

5 总结 26

参考文献 27

致谢 28

无刷直流电机转子位置角优化计算研究

师三洋

, China

Abstract：BLDCM have obvious advantages in terms of structure, speed regulation characteristics, maintenance, etc, which ensure its wide use in many fields. With the continuous expansion of the application scope of Brushless DC motor, people are increasingly demanding the performance of brushless DC motors. For brushless DC motor controlled by sine wave, the Hall sensor can only provide discrete position signals and cannot accurately provide the current position of the rotor. Therefore, it is important to study the optimized rotor position method of BLDC motor . For this reason, this paper focuses on several commonly used rotor position estimation methods for brushless DC motors: zero-order estimation method, first-order estimation method and six-step average method for systematic analysis and research. In this paper, three methods are studied and analyzed based on software simulation. The simulation results show that different methods are used to improve the motor performance in different occasions.

Key words：Brushless DC Motor; Sine wave control; Hall sensor; Rotor position estimation; error

1 绪论

1.1课题背景及意义

目前为止，电能作为一种常见的二次能源，仍被人们普遍使用。在现代工业社会中具有不可替代的作用。电机是一种机电能量转换装置，一百多年来，电机经历了快速的发展，现代社会和国民经济的各个领域和环节都有它的应用，随着电机应用场合的不断扩大，不同类型的的电机纷纷出现^[1]。由于直流电机控制方法简单、调速范围广和起动性能良好等特点，成为早期拖动系统的主力。但随着电机应用场合的不断扩大和人们对电机性能的要求越来越高，直流电机本身潜在的弊端逐渐暴露出来。传统的直流电机采用的是机械换向，具有电刷和换相器等结构，这使得电机结构比较复杂并且增加了维护的成本。除此之外，机械换向容易产生噪声、电火花和其他的各种干扰，这也大大减少了电机的使用寿命，从而大大限制了传统直流电机的应用范围。

现代社会正在飞速发展，各项科学技术均有大的突破，高性能的电机材料不断出现，这使得电机产品的更新换代越来越频繁。早在上世纪30年代，就有科研人员针对传统直流电机的弊病提出了诸多解决方案。其中以电子换向来代替传统的电刷机械换向的方案得到广泛认可，并获得了一部分成果。但由于那时大功率电子器件的发展仍不成熟，因此无刷直流电机的发展受到了很大限制。1955年，美国哈里森团队首次申请了一项专利，专利内容是关于晶体管换向替代传统直流电机机械换向器的，这使得无刷直流电机的研究有了质的飞越。然后经过科学工作者多年不懈的努力，终于在1962年借助于霍尔元件来实现换相得无刷直流电机成功问世，标志着直流电机的发展到达了一个新的高度。随后由于电力电子工业的快速发展和新型高性能半导体材料的相继出现，使得无刷直流电机的性能不断提升，从而大大拓展了无刷直流电机的应用范围^[2]。无刷直流电机按照控制方式分类，可分为方波控制和正弦波控制，正弦波控制需要获取电机转子的精确位置，控制较为复杂，适用于要求比较高的场合^[3]。

位置传感器在无刷直流电机中具有举足轻重的作用，他的作用是将电机转子的位置信号转变为电信号，进而通过控制电路控制电机换相。霍尔式位置传感器检测技术是一种常用的电机转子位置检测技术。霍尔位置传感器在一个电周期内仅能提供六个准确位置信息，然而正弦波驱动需要获得转子的精确位置，因此研究如何获取电机转子精确位置具有重要的意义^[4]。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：19858字