电动工具用bldcm系统及无位置传感器控制策略的研究

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1、中图分类号：TM351论文编号：102870318-SX052学科分类号：080800硕士学位论文电动工具用BLDCM系统及无位置传感器控制策略的研究研究生姓名谢敏求学科、专业电气工程研究方向电机电器及其控制技术指导教师刘闯教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonBLDCSystemandSensorlessControlSt

2、rategyforPowerToolsAThesisinElectricalEngineeringbyXieMinqiuAdvisedbyProf.LiuChuangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018南京航空航天大学硕士学位论文摘要采用稀土永磁材料的无刷直流电机（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）以其结构简单、功率密度大、效率高、运行平稳等优点受到电动工具等工业应

3、用领域青睐。而合适的无刷直流电机控制方法对于改善并提高控制精度和性能具有重要意义。其中，作为关键技术之一的无位置传感器控制技术正是目前的研究热点。本文以手持锂电型电动工具的工程应用为背景，针对BLDC无位置传感器控制方法及电动工具系统控制策略展开研究，提出了一种新的无位置检测方法——同步整流直接反电势检测法，以及冲击式启动、准恒电流回馈制动等新型系统控制策略，并在完成样机设计的基础上进行了实验验证。首先，针对传统直接反电势检测方法的不足，提出一种新型位置检测方法。通过理论分析，得出了母线电压较低时功率开关管的体二极管对位置信号检测准确度有

4、较大影响的结论，并发现体二极管的存在使得绕组电流断续状态下检测信号为无效信号。针对上述缺陷，基于同步整流技术，利用开关管替代二极管实现绕组续流，有效解决传统方法中存在的多种问题，同时提高电机驱动器效率。为在全速域内进行无位置传感器控制，采用了恒流升频等启动方法，实现了无位置传感器启动和低速运行。其次，考虑到电动工具工况复杂且成本要求苛刻，基于实际应用需求分别针对系统启动、稳速和制动等环节设计了不同的系统控制策略。针对堵转情况较多的应用场合，采用了冲击式脉冲电流启动策略，通过合理设计电流脉冲参数使电机获得足够大的脉冲转矩，以此实现冲击式启动

5、。之后分析换相过程中的三相绕组电流，基于此得到了开环调速下的电机机械特性曲线。针对拖动大惯量负载的工况，基于半桥调制方法，提出了准恒电流回馈制动策略。与传统方法相比，该方法可在不增加电流传感器的情况下有效地控制电流峰值，并获得较好的制动性能。最后，完成样机研制并搭建实验平台，实验结果证明了前文所提出的无位置控制方法及系统控制策略的有效性。关键词：无刷直流电机，电动工具，无位置传感器控制，同步整流技术I电动工具用BLDCM系统与无位置传感器控制策略的研究ABSTRACTAtpresent,thebrushlessdirectcurrentm

6、otor(BLDCM)occupiesarisingshareofthepowertoolsmarketduetoitssimplestructure,highpowerdensity,highefficiencyandstableoperation.AppropriatecontrollingmethodsareofgreatsignificancetotheimprovementofBLDC’scontrollingperformance.AsoneofBLDC’skeytechnologies,sensorlesscontrolli

7、ngmethodisjustanimportantissueinstudyofmotordrive.Basedontheengineeringpracticeofportablepowertool,thisdissertationopenupdeeplystudywithBLDC’ssensorlesscontrollingmethodandcontrollingstrategyofpowertool.Asaresult,anewsensorlesscontrollingmethodandseveralnewcontrollingstra

8、tegiesofpowertoolareproposed.Experimentsarecarriedoutafterfininshingthedesignofprototype.Accordi