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基于高性能MCU的车用无刷直流电机矢量控制系统的研究
| 论文题名： | 基于高性能MCU的车用无刷直流电机矢量控制系统的研究 |
| 关键词： | 车用无刷直流电机;矢量控制;空间电压;矢量脉宽调制;驱动电路 |
| 摘要： | 随着能源紧缺和温室效应的加剧，电动车这一节能环保项目的发展成为社会和国家关注的焦点，同时也受到广大人民群众的青睐。凭借结构简单、运行可靠、成本低、调速范围宽等突出优点，无刷直流电机在电动车行业的应用越来越普遍。现行无刷直流电机的控制方案主要采用方波驱动，其主要缺点是电机运行噪音大，直流侧电源利用率不高等。 针对方波控制现存方案存在的缺点和市场对电动车性能越来越高的要求，本文以电动车用无刷直流电机为控制对象，提出了无刷直流电机矢量控制系统方案，该方案顺利地解决了因多变量、非线性、强耦合等特性导致电机难于控制的问题。本文结合实际应用要求，设计了以STM32F为主控芯片的无刷直流电机矢量控制系统，实现了无刷直流电机在不同负载下低转矩脉动、轻微噪音、平滑运动、高效率的运行效果。 本文主要内容和研究成果: 1)首先分析了无刷直流电机基本结构，这有助于深刻理解无刷直流电机运行原理;给出了无刷直流电机磁路分析和反电动势分析，并利用Ansoft有限元进行了电机磁场仿真，通过实验方法证明了分数槽无刷直流电机反电动势为类似正弦波形，作为无刷直流电机矢量控制方案提出的理论基础。 2)然后推导了无刷直流电机在两相旋转坐标系下的数学模型，运用数学方法证明了无刷直流电机解耦控制的可行性。重点阐述了空间电压矢量脉宽调制技术的原理，为仿真模型的设计与后续软件程序的编写提供了理论来源。搭建了基于id=0的控制方式的SIMULINK仿真模型，从仿真的角度证明了方案的可行性。 3)接着详细论述了针对无刷直流电机矢量控制系统方案设计的硬件电路，主要包括电源模块、功率管驱动模块、电流采样模块等;并根据实验中出现的问题，对应地完善了电源模块、功率管驱动模块。利用汇编语言编程实现了主体结构程序、初始化程序、DMA中断和其它功能程序的设计。 4)最后设计了无刷直流电机矢量控制实验平台，实验表明此控制方案能得到良好的SVPWM调制波形和类似正弦的相电流波形;且电机运行中噪音相较于方波控制明显减弱。利用测功机进行电机带载实验，证明了矢量控制相较于方波控制，前者电机效率更高。综上所述，本文完整地论证了无刷直流电机矢量控制系统研究的正确性和可行性。 |
| 作者： | 刘云 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 贾洪平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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