电动工具用无刷无霍尔直流电机启动分析

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1、广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）电动工具用无刷无霍尔直流电机启动分析罗健维二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501191广东工业大学硕士学位论文（工程硕士）电动工具用无刷无霍尔直流电机启动分析罗健维校内导师姓名、职称：冯桑副教授校外导师姓名、职称：刘辉高级工程师学科(专业)或领域名称：机械工程学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegr

2、eeofMaster(MasterofEngineering)TheanalysisofsenselessbrushlessDCmotorinstart-upCandidate:LuoJianweiSupervisor:Prof.FengSangMay2018MechanicalManufacturing&AutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要随着人们节能意识的日益增强，加之

3、电力电子技术发展迅速，针对有刷直流电机摩擦换向带来的电磁转矩流失、无刷有位置传感器电机体积无法减缩、传感器故障隐患高等问题，无刷无霍尔直流电机已广泛运用在各行各业及生活工作中，如家电行业、办公行业、工业及高新科技业中。本文针对无刷无霍尔直流电机在电动工具上的运用做了启动及启动完成后的控制分析研究，针对传统三段式启动方法，提出改进后的三段式启动方法，同时，采用模糊自适应PI控制算法对电机启动完成后进行转速闭环控制。本文以无刷直流电机的数学模型分析入手，通过电压平衡方程、电机运动方程等在Matlab/Simulink

4、环境下建立了无刷直流电机本体仿真模型。在对无刷直流电机的工作原理进行详细说明的基础上，对无刷直流电机的启动进行分析，并阐明传统三段式启动工作原理在电动工具中运用的局限，其中包括预定位阶段电机反转、加速阶段繁杂不精确等，并据此提出改进的三段式启动方法，即用电感法对电机转子静态初始位置检测、使用BP神经网络预测加速阶段的电机转子位置。此外，在反电动势闭环运行阶段，通过结合传统PID控制与模糊控制，采用模糊自适应PI控制算法，通过与传统PI控制算法的仿真比较，得出模糊自适应PI控制拥有更好的鲁棒性和控制效果，更适合电机

5、的用于电机的速度控制。最后，针对以上的算法进行控制器的软硬件设计并制作，通过实验验证：基础信号正常，硬件可靠并可用于电机控制；在电机启动阶段，采用电感法能准确获得电机转子静态初始位置，电机启动瞬间不发生反转；在加速阶段获得的网络预测输出与位置传感器信号一致，可用于电机加速阶段的控制；在反电动势闭环运行阶段，采用模糊自适应PI控制算法进行控制，电机加速初期加速较快，终期加速偏缓，达到响应快