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基于转矩脉动抑制的永磁无刷直流电机控制系统设计

内容摘要

永磁无刷直流电机因为调速性能更为卓越、运行更为平稳、效率更高等优势，在包括风冷循环等诸多领域得到了大规模的应用。为进一步提高永磁无刷直流电机的平稳运行能力、降低其运行过程中所产生的噪声，本文开展了永磁无刷直流电机控制系统的设计。

本文基于转矩脉动抑制方法，对无刷直流电机控制系统的电源模块、功率驱动模块、采样模块、接口电路等硬件部分进行了设计，并以此为基础，进行了控制系统主程序、中断子程序、采样子程序和PID子程序的设计。

关键词：转矩脉动；永磁无刷直流电机；噪声消除

目录

TOC\o1-3\h\z\u基于转矩脉动抑制的永磁无刷直流电机控制系统设计 1

内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外发展现状 3

1.2.1国外无刷直流电机控制系统发展现状 3

1.2.2我国无刷直流电机控制系统发展现状 5

1.3本文的主要内容 6

2系统控制方案总体设计 6

2.1设计要求 7

2.2控制系统总体设计 7

2.3永磁无刷直流电机的控制算法研究 7

3控制系统硬件设计 9

3.1控制器件的选择 9

3.3各部分硬件电路设计 10

3.3.1DSP最小系统设计 10

3.3.2驱动电路的设计 12

3.3.3检测电路设计 14

3.3.4堵转保护电路设计 15

4控制系统软件设计 16

4.1系统控制总体流程图 16

4.2各模块的软件设计 17

5结论 21

1绪论

1.1课题的背景及意义

当前，我国社会高速发展，工业化水平不断提升，数量庞大、类型各样的电机被广泛的应用于各行各业的生产生活活动当中。较之其他类型的直流电机而言，永磁无刷直流电机控制相对简单，能够实现较为出色的调速性能，相同功率情况下能够实现更高的工作效率[1]。所以，全面、深入的研究永磁无刷直流电机就具有重要的理论意义和现实应用价值。

大量现实应用案例和历史经验表明，传统直流电机由于采取的是机械换相结构，在运行过程中，易受到周边环境的无线信号的干扰，运行中会产生火花和噪声，运行使用寿命相对较短[2]。而永磁无刷直流电机由于克服了以上问题和不足，加之运行平稳、易于维护和结构简单等诸多优势，在各种工况下都得到了大规模的应用。但需要注意的是，应用于风冷无霜冰箱方面的永磁无刷直流电机，还是存在着噪声较大等问题，对生产制造企业的产品市场占有度造成了较大的影响[3]。为此，开展永磁无刷直流电机控制系统的研究，实现更为理想的噪声抑制效果，就具有较为突出的现实应用价值。经分析研究表明，转矩脉动是导致永磁无刷直流电机噪声性能指标不理想的关键因素。一旦永磁无刷直流电机直接应用于低速直接驱动的工况场景下，就会出现较为明显的噪声，严重时还会造成电机轴承的损坏，减少电机的使用寿命，使得永磁无刷直流电机的应用领域难以得到大范围的拓展。进入新世纪后，业界和学术界针对永磁无刷直流电机的转矩脉动抑制开展了多维度、广深度的研究，取得了一定的进展和突破。

就现实应用的视角而言，业界更为关注的是永磁无刷直流电机的噪声水平、生产维护成本、工作效率以及机械特性等方面的性能指标[4]。现阶段，尽管关于永磁无刷直流电机的设计理论已相对完善，然而怎样更为科学的抑制其运行过程中所产生的噪声，还是需要开展进一步的深入研究。所以，本文基于应用于风冷循环的永磁无刷直流电机开展了针对性的研究和分析活动，以期提升其噪声抑制性能。通过本文的研究，不仅能够丰富理论研究深度，而且还能够为拓展我国永磁无刷直流电机的现实应用领域贡献出自己微薄的力量。

1.2国内外发展现状

1.2.1国外无刷直流电机控制系统发展现状

纵观无刷直流电机的发展历程，从一开始通过分立器件构建模拟电路来实现控制功能，到当前借助MCU以及数字芯片来完成对无刷直流电机的控制，每一步都受到了当时技术发展的影响。在这里需要提到的是钦铁硼永磁体，该材料具有较为突出的耐腐蚀性以及热稳定性，为无刷直流电机向微型化、高转矩以及超高速发展奠定了坚实的基础[5]。现阶段，国外学者的研究大多集中于直流电机控制器、无位置传感器控制以及转矩脉动问题方面的研究。在高度强调生态环境保护的21世纪，无刷直流电机在获得广泛应用的同时，其技术研发水平也必将取得长足的进步。

控制系统以及驱动系统是无刷直流电机系统的主要组成部分。对于控制系统来说，需要完成信号的采样、分析，然后生成相应的指令，从而实现对无刷直流电机的控制。1962年，借助霍尔元件实现电子换相的无刷直流电机被