无刷直流电机双闭环控制.docx
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无刷直流电机双闭环控制
江苏科技大学
15届毕业设计(论文)
无刷直流电机的双闭环控制设计
系部:
自动化
专业名称:
电气工程及其自动化
班级:
11403041
学号:
1140602116
作者:
龚昊
指导教师:
王伟然
年月日
无刷直流电机的双闭环控制设计
ThedesignofdoubleclosedloopcontrolofthebrushlessDCmotor
江苏科技大学
毕业设计(论文)任务书
学院名称:
电子信息学院专业:
电气工程及其自动化
学生姓名:
龚昊学号:
1140602116
指导教师:
王伟然职称:
讲师
毕业设计(论文)题目:
无刷直流电机的双闭环控制设计
一、毕业设计(论文)内容及要求(包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等)
设计内容与要求:
1.收集相关文献资料,阐述无刷直流电机在现代工业中的地位与应用
2.对无刷直流电机的相关控制方法进行收集整理,并进行比较分析
3.选用双闭环控制方法对无刷直流电机进行相关控制
4.使用Matlab/Simulink编写相关程序,并且调试程序,得到仿真结果
二、完成后应交的作业(包括各种说明书、图纸等)
1.相关英文翻译
2.毕业论文
3.相关程序附件
4.光盘
三、完成日期及进度
(1)3月2日~3月27日:
消化任务书,查找资料,提交开题报告;
(2)3月28日~4月24日:
实际设计阶段,中期检查;
(3)5月18日~5月29日:
论文初稿审核(1、初稿上传知网进行检测、2、初稿上传毕业设计系统);
(4)5月30日~6月5日:
论文定稿审核(指导教师、评阅教师评分);
(5)6月8日~6月14日:
答辩及成绩评定;
(6)6月15日~6月16日:
成绩入库(答辩秘书);
(7)6月8日~6月16日:
申报优秀;
(8)7月6日~7月12日:
毕业设计全套电子资料归档(答辩记录扫描后上传);
(9)7月13日~7月17日:
学院毕业设计(论文)工作总结。
四、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等):
[1]王宏伟.梁晖.无位置传感器无刷直流电机的DSP控制[J].电力电子技术
[2]李新华.庄百兴.杨垂恭.基于IPM的高压无刷直流电动机控制器[C].第十二届中国小电机技术研讨会论文集
[3]张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].北京:
机械工业出版社
[4]张红莲.基于DSP的电力拖动控制系统的设计[J].科技信信
[5]叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计[M].北京:
科学出版社
[6]李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].北京:
电子工业出版社
[7]邓兵,.潘俊民无刷直流电机控制系统计算机仿真[J].计算机仿真
[8]包向华.章跃进基于SIMULINK的永磁无刷直流电动机及控制系统的建模与仿真[J].电气传动自动化
系(教研室)主任:
(签章)年月日
学院主管领导:
(签章)年月日
摘要
由于电子技术,计算机技术,传感器技术,电力电子技术,现代控制理论和新型永磁材料的发展,永磁无刷直流电动机及其控制技术已有突破性进展。
近20年来,永磁无刷直流电机因其结构简单,调速性能好,控制方法灵活多变,效率较高,起动转矩大,运行寿命长等优点,日趋广泛应用于航空航天,计算机,军事,汽车,工业和家用电器等领域。
本文针对无刷直流电动机选取双闭环控制技术进行调速。
首先,介绍了无刷直流电机的特点及其结构和原理;其次,建立了无刷直流电机的模型,进行数学分析;再次,采用双闭环PI调速,主要针对其PI控制器进行了相关设计与改进,消除无刷直流电机稳态时的静差;最后,基于MATLAB/SIMULINK平台,建立控制系统的仿真模型,对无刷直流电动机速度闭环控制系统进行仿真。
仿真结果显示该模型转矩响应较快,电流脉动较小,电机工作稳定可靠,具有良好的静动态特性。
无刷直流电机的双闭环控制采用电流滞环,结构简单、响应快速,具有一定理论与应用意义。
关键词:
无刷直流电动机;双闭环控制;数学模型;MATLAB;
Abstract
Sincethedevelopmentofelectronictechnology,computertechnology,sensortechnology,powerelectronicstechnology,moderncontroltheoryandnewpermanentmagneticmaterial.Permanentmagnetbrushlessdcmotoranditscontroltechnologyhasmadeabreakthrough.Duringthepast20years,sinceitssimplestructure,goodperformanceofspeedadjustment,variablecontrolmethods,highefficiency,largestartingtorqueandlongservicelifeandsoon.Thebrushlessdcmotorisnowincreasinglyusedinfieldslikeaerospace,computer,military,cars,industryandhouseholdappliance.
Thispassageisbasedonthespeedcontrolofthebrushlessdcmotor.Doubleclosed-loopcontroltechnologyisusedforresearchingandanalysisingamongnumerouscontrolmethods.Atfirst,ithasintroducedtheresearchbackgroundofthebrushlessdcmotor.Next,basedontheworkingprincipleofthebrushlessdcmotor,themodelofthebrushlessdcmotorhasbeenestablishedtodomathematicalanalysis.Afterthat,wetakedoubleclosedloopspeedregulation,andmainlydesignandimprovePIregulatortomakethebrushlessdcmotorastaticinsteadystate.Atlastinordertomakesimulationofcontrolsystemforbrushlessdcmotorspeedclosed-loopcontrolsystem,weestablishthesimulationmodelofcontrolsystemwhichbasedonMATLAB/SIMULINKplatform.
Theresultofsimulationshowsthattheresponseoftorqueisquickandthepulsationofcurrentissmall.Themotorcanworkreliableandhasgoodstaticcharacteristic.Weusecurrenthysteresisbandinthecontrolsystemsinceitssimplestructureandquickresponse,itisbasedonreliabletheoryandismeaningfulinapplication.
Keywords:
brushlessdirectcurrentmotor;doubleclosed-loopcontrol;mathematicalmodels ;MATLAB;
第一章绪论
1.1无刷直流电动机
1.1.1无刷直流电机的简介
无刷直流电机发展历史不长,只有几十年。
1962年“固态换相直流电机”专利被提出,标志了现代无刷电动机的真正诞生[1]。
20世纪60年代初以后,无刷直流电动机被运用到实际中去。
因为其可靠性较高,一开始使用在航空航天中。
1964年,[2]美国宇航局用它来控制卫星在太空中的运行。
1978年,一家联邦德国公司研制出无刷直流电动机和它的驱动。
并且将它们在汉诺威展览[3],这正式表明了由电子换相的无刷直流电机走入了实际运用的时代。
之后国内外的各种研究,以及永磁材料、控制技术和电力电子的发展给无刷直流电机带来新的发展,它越来越多地运用在国防、工业生产、生活中的电气和电子电器当中去,成为很有潜力的电机产品。
1.1.2无刷直流电机的特点
[4]无刷直流电机可替代直流电机调速,不仅放弃使用碳刷、滑环结构;而且可在低速大功率条件下运行,省去使用减速机直接驱动大负载。
此外还具有重量轻、体积小、出力大,其转矩特性优良,有较大的起动转矩。
启动电流小并且能实现无级调速,带动大负载和宽范围内调速。
其起动和制动特性曲线都比较软,而且节能效率高,节电率总体可达20%到60%。
有较高的可靠性,稳定性和适应性,并且保养维修简单。
在使用过程中噪音低,震动小。
抵抗颠簸震动能力强,运转平滑,寿命长[5]。
因为其工作时无火花,所以适合爆炸性场所。
1.1.3无刷直流电机在工业中的地位及应用
近年来,稀土永磁材料和电力电子器件性价比越来越高。
作为伺服电机和中小功率高性能调速电动机的无刷直流电机越来越广泛地应用在工业中,下面就工业中的一些典型应用进行介绍分析。
1.1.3.1定速驱动机械
三相或单相同步电机和交流异步大多应用在一般不需要调速的工业场合。
(1)单一方向连续运行的负载大部分使用电容运转型单相或三相交流异步电动机,交流异步感应电机。
而部分不需要调速的电机或者可以接受转速随着负载稍微变化的电机,比如水泵等就需要使用2极或4极异步电动机;
(2)对工作时转速高但很轻的负载诸如搅拌机、吸尘器和地毯清扫洗涤机等,大多数负载是由直流电动机或单相串励电动机直接带动的;但如果是高速驱动且要求噪声小,可以选择使用由直流电源供电的无刷直流电动机或由逆变器供电的中频异步电动机。
(3)对于转速比较低,特别是时常频繁地正反转调节的工作机械,可以采用低速直接驱动来提高生产效率、缩短过渡过程时间、降低噪声。
一般采用低速齿轮减速异步电动机或电磁减速同步电动机。
[6]以上的定速控制应用中,要求连续运行而且功率不大于10kw的场合下,更多的电动机正在被无刷直流电动机所渐渐取代,目的是为了节省材料,减少体积,降低能耗和提高效率之类的因素。
但是当在功率大的时候,由于成本较高,无刷直流电机还使用较少。
1.1.3.2调速驱动机械
调速系统分为两类,一类是开环调速系统,另一类是闭环调速系统(一般情况下在闭环时是用交直流等速度反馈器件)。
在食品包装机械、印刷机械、纺织机械、交通车辆和物料输送机械中经常使用交流异步电动机、直流电动机和无刷直流电动机,这也是常常使用的三种主要电动机。
交流电动机和变频器越来越多地使用在原来直流调速系统的多数应用领域。
但是由于无刷直流
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- 关 键 词:
- 直流电机 闭环控制
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