无刷直流电动机及其控制系统的研究毕业论文

无刷直流电动机及其控制系统的研究

摘 要

无刷直流电动机具有高效、高控制精度、高转矩密度、低噪声的特点，通过合理设计磁路结构能够获得较高的弱磁性能，可以成为各类工具首选驱动机。

本文在介绍电动汽车中电动机及其控制系统应用现状和性能要求的基础上。首先分析了无刷直流电机的结构特点，重点研究了无刷直流电机最大转矩/电流比控制算法，并构建了Matlab/Simulink环境下无刷直流电机控制系统的仿真模型。

最后，根据无刷直流电机控制系统的仿真结果，设计了无刷直流电机直接转矩控制系统的硬件和软件，其中，硬件控制系统主要包括三相全桥逆变电路、功率驱动电路、转子位置检测电路以及功率器件的保护电路等。该系统最大特点是以电子换向线路替代了由换向器和电刷组成的机械式换向结构，使传感器可以借助DSP的强大功能获取转子位置信号，克服了机械位置传感器的存在给无刷直流电机所带来的诸多不利影响。

关键词： 电动汽车，无刷直流电动机，直接转矩控制，Matlab仿真

无刷直流电动机及其控制系统的研究

Brushless DC motor and its control system Abstract

The brushless DC motor with high efficiency, high control accuracy, high torque density, low-noise characteristics, through the rational design of magnetic circuit structure to obtain a higher weak magnetic energy, various tools can be a driving machine of choice.

On the basis of the introduction of electric vehicles, electric motor and its control system application status and performance requirements. First analyze the structural characteristics of the brushless DC motor, focusing on brushless DC motor torque / current control algorithm, and construct a simulation model of the brushless DC motor control system in Matlab / Simulink environment.

Finally, according to the simulation results of the brushless DC motor control system, design of a brushless DC motor direct torque control system hardware and software, which the hardware control system mainly consists of three-phase full-bridge inverter circuit, drive circuit, the rotor position detection circuit and power device protection circuit. The system is characterized by electronically commutated line instead of the mechanical commutator and brush change to the structure, so that sensors can make use of the powerful features of the DSP to obtain the rotor position signals, to overcome the existence of the mechanical position sensors to the brushless many adverse effects brought about by the DC motor.

Key words: electric vehicles, brushless DC motor, direct torque control, Matlab simulation.

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无刷直流电动机及其控制系统的研究

目 录

第一章 绪论 .................................................................................................................................... 4 第2章 无刷直流电机的工作原理 ................................................................................................. 5 2.1 无刷直流电机的基本组成及工作原理 ......................................................................................... 5 2.1.1 基本组成 ...................................................................................................................................... 5

2.1.2 无刷直流电机的工作原理 .................................................................................... 6

2.2 无刷直流电动机的运行特性 ......................................................................................................... 8 2.2.1 机械特性 ...................................................................................................................................... 8 2.4 无刷直流电动机的转矩脉动[ ...................................................................................................... 10 第3章 无刷直流电机的主电路的工作方式 ................................................................................ 11 3.1星形连接三相半桥式主电路 ....................................................................................................... 11 3.2星形连接三相桥式主电路 ........................................................................................................... 13 3.3角形连接三相桥式主电路 ........................................................................................................... 15 3.1 无刷直流电机的控制策略 ........................................................................................................... 17 第四章 基于直接转矩的无刷直流电机控制仿真........................................................................... 21 4.1无刷直流电动机 ID=0控制 .......................................................................................................... 21 4.1.1仿真模型介绍 ............................................................................................................................ 21 4.1.2模块介绍 .................................................................................................................................... 22 4.1.3 ID=0控制仿真结果 ..................................................................................................................... 23 4.2无刷直流电动机最大转矩/电流比控制....................................................................................... 27 4.2.1仿真模型介绍 ............................................................................................................................ 27 4.3根据MTPA原理计算TEM对应的控制电流IQ、ID .................................................................... 32 4.3.1MATLAB源程序 ........................................................................................................................... 32 4.3.2运行结果 .................................................................................................................................... 33 4.4 MTPA控制的仿真结果 ................................................................................................................ 34 4.3.1电机空载 .................................................................................................................................... 34 4.3.2电机负载TF=2N·M .................................................................................................................... 35