文档介绍：项目报告
题目: 高速永磁无刷直流电机控制系统
学校: 南京航空航天大学
指导教师:
组别: 专业组
应用类别: 先进控制类
平台: C2000

摘要
参赛作品为基于DSP28035的高速永磁无刷直流电机驱动系统。该系统以一台额定转速60 krpm的高速永磁无刷直流电机、交错并联的Buck电路以及全桥电路为硬件平台,以DSP28035为控制核心,实现了调压调速功能和基于坐标变换的无位置传感器新技术。为实现该系统要求,本作品充分利用了DSP28035的资源例如:CLA模块,模拟比较器、HPWM模块以及AD转换模块等。
Abstract
This work is the drive system for a high speed permanent burshless dc motor based on DSP28035. The hardware platform consists of a BLDC motor(rated speed is 60000rpm), a Buck circuit and an inverter. Under the control of DSP28035, this system can achieve the goal of adjusting the motor’s speed with voltage and the function of sensorless control based on the coordinate transformation. By making full use of resources of the core, such as CLA, parator, HPWM and AD converters, the whole system can meet the requirements.
1 引言
高速永磁无刷直流电机驱动系统由于基波频率较高(一般在1kHZ以上),利用逆变桥斩波进行调速的控制方式通常会受到开关管开关频率的限制,因此该系统多采用三相全桥前级加Buck电路进承担调压调速的功能,而三相全桥主要承担逻辑换相的功能。然而,传统Buck电路所需电感的体积较大,增加了系统的体积,降低了系统的功率密度。
高速永磁无刷直流电机的控制通常需要获得转子的位置进而实现逻辑换相,而位置传感器所带来的缺点例如:降低了系统的稳定性和可靠性,增加电机的尺寸,促使国内外诸多学者致力于研究无位置传感器技术。该技术的主要思想是利用电机绕组中相关的电信号(电压和电流信号),通过适当的处理方法判断或估算出转子的位置。高速永磁无刷直流电机驱动系统多采用反电势法中的三次谐波法,然而采用三次谐波作为转子位置信号具有以下缺点:1)信噪比较低;2)从电机设计的角度增加三次谐波含量(进而增加信噪比)将以增加电机铁耗作为代价;3)无法灵活地控制换相开通角;4)不适合应用在转子永磁体为平行充磁的电机。
本作品为增加系统的功率密度,以及克服传统无位置传感器技术的缺点,采用三Buck交错并联的方式进行调压调速,并提出了一种新颖的基于坐标变换法的无位置传感器技术。该Buck电路有效地降低了电感的体积,通过三路互差120°相位的脉宽调制实现了调压调速;所提出的无位置传感器技术利用反电势的基波信息,通过坐标变换构造出能够体现转子位置信息的信号且相位可控,实现了高速永磁无刷直流电机的逻辑换相,并提高了位置信号的信噪比且可以灵活的控制换相开通角。除此之外,为实现方波永磁无刷直流电机转速的实时估计,提出了一种新颖的正交坐标变换转速估计方法。在坐标变换无位置传感器技术的基础上,利用正交坐标变换重构出两实时保持正交关系的基波,并对其进行相应的解算,从而得到电机的转速信息。
2 系统方案
该作品为具有基于坐标变换的无位置传感器技术的高速永磁无刷直流电机调速系统。该作品需要达到的主要功能为实现高速永磁无刷直流电机的无位置传感器技术以及实现调速功能。该无位置传感器技术主要用于高速永磁无刷直流电机逻辑换相的判断以及转速的实时估计。调速功能最终实现转速闭环控制。
系统工作参数如下:
样机输入:
电机额定工作参数:
转速: 额定功率:
直流母线电压: 母线电流:
,整个系统由整流桥、三相交错并联的Buck电路、三相逆变桥、电机本体及DSP控系统构成。系统的功率主回路将单相220V、50Hz交流电整流后,通过三相交错并联Buck变换器进行调压,输出给逆变桥,经过相应的控制进而驱动电机本体高速运行。

系统功能框图
图2. 2为系统功能框图,DSP28035主要承担系统的调压调速控制及无位置传感器的控制技术。其中,调