永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)永磁無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的性能要求越來越高。各種傳統(tǒng)的控制方法也伴隨著科學(xué)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步不斷更新，許多經(jīng)典的控制方法在新技術(shù)硬件平臺(tái)上獲得了比以往更優(yōu)良的性能。特別是數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯器件出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了永磁無刷直流電機(jī)控制技術(shù)不斷向集成化、智能化方向發(fā)展?！　”緯?章。第1章概括地介紹了永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、調(diào)速性能、控制方法以及在磁懸浮飛輪中的應(yīng)用；第2章建立了永磁無刷直流電機(jī)系統(tǒng)模型，以驗(yàn)證各種先進(jìn)的電機(jī)控制方法的應(yīng)用效果；第3章系統(tǒng)地介紹了永磁無刷直流電機(jī)的電子電路，這部分內(nèi)容是作者十幾年來從事永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研制工作的總結(jié)；第4章對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行了分析，介紹了各種抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法，同時(shí)針對(duì)高速永磁無刷直流電機(jī)的低功耗驅(qū)動(dòng)問題，提出了降低電機(jī)鐵耗的控制方法；第5章介紹了基于鎖相環(huán)的高精度轉(zhuǎn)速控制方法；第6章介紹了小電樞電感永磁無刷直流電機(jī)的無位置傳感器控制方法；第7章針對(duì)永磁無刷直流電機(jī)伺服系統(tǒng)，介紹了高性能數(shù)字控制方法；第8章介紹了永磁無刷直流電機(jī)在磁懸浮儲(chǔ)能飛輪中的應(yīng)用；第9章，以高速磁懸浮飛輪用永磁無刷直流電機(jī)為例，介紹了永磁無刷直流電機(jī)電磁場(chǎng)的分析和計(jì)算方法?！　”緯冗m用于永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)人員，又可作為工程技術(shù)人員的技術(shù)參考書和高校相關(guān)專業(yè)研究生的參考書。

作者簡(jiǎn)介

　　劉剛，1970年3月生，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。責(zé)任北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院導(dǎo)航儀器系副主任，《微電機(jī)》雜志編委。1992年和1998年在山東工業(yè)大學(xué)分別獲工學(xué)士、碩士學(xué)位，2001年在大連理工大學(xué)獲工黨博士學(xué)位。
　　近5來，主持國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目1

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)　1.2　無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理　　1.2.1　永磁無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)　　1.2.2　無刷直流電機(jī)的原理　　1.2.3　轉(zhuǎn)子位置傳感器　1.3　無刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性　1.4　無刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)　1.5　永磁無刷直流電機(jī)的設(shè)計(jì)　1.6　永磁無刷直流電機(jī)的控制　1.7　高速永磁無刷直流電機(jī)在磁懸浮飛輪中的應(yīng)用　參考文獻(xiàn)第2章　永磁無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及仿真研究　2.1　永磁無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型　2.2　永磁無刷直流電機(jī)的Simulink仿真　　2.2.1　無刷直流電機(jī)模塊　　2.2.2　三相逆變橋模塊　　2.2.3　邏輯換相模塊　　2.2.4　控制模塊　2.3　仿真結(jié)果　2.4　無刷直流電機(jī)模糊邏輯控制系統(tǒng)仿真　　2.4.1　電機(jī)轉(zhuǎn)速的模糊邏輯控制器設(shè)計(jì)方法　　2.4.2　制作模糊控制響應(yīng)表　　2.4.3　模糊邏輯推理系統(tǒng)的仿真研究　2.5　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第3章　永磁無刷直流電機(jī)的電子電路　3.1　永磁無刷直流電機(jī)的功率放大電路　　3.1.1　功率晶體管放大電路設(shè)計(jì)　　3.1.2　功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)　3.2　永磁無刷直流電機(jī)控制專用集成電路　　3.2.1　NC33035引腳功能和主要參數(shù)介紹　　3.2.2　NC33035換相控制技術(shù)　　3.2.3　NC33035的過電流保護(hù)電路　　3.2.4　MC33035的驅(qū)動(dòng)輸出電路　　3.2.5　基于MC33035的永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　3.3　永磁無刷直流電機(jī)數(shù)字控制電路　　3.3.1　基于TMS320LF2407A DSP的控制電路　　3.3.2　基于TMS320F2812 DSP的控制電路　　3.3.3　基于FPGA的永磁無刷直流電機(jī)控制電路　3.4　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第4章　永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和鐵耗抑制　4.1　永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)　　4.1.1　永磁無刷直流電機(jī)的換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析　　4.1.2　永磁無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法　4.2　永磁無刷直流電機(jī)的鐵耗分析　4.3　無刷直流電機(jī)變壓控制系統(tǒng)　4.4　無刷直流電機(jī)雙極性控制系統(tǒng)　　4.4.1　雙極性控制原理　　4.4.2　控制系統(tǒng)組成　　4.4.3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析　4.5　Buck變換器電機(jī)控制系統(tǒng)　　4.5.1　Buck變換器電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真　　4.5.2　Buck變換器的電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　4.5.3　基于Buek變換器的高速電機(jī)試驗(yàn)　　4.5.4　Buck變換器軟開關(guān)電路分析與設(shè)計(jì)　4.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第5章　永磁無刷直流電機(jī)鎖相環(huán)速度控制技術(shù)　5.1　鎖相環(huán)速度控制原理　　5.1.1　電機(jī)鎖相轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的鑒相器　　5.1.2　電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制　5.2　電機(jī)專用鎖相環(huán)控制器　　5.2.1　TC9242的引腳功能和主要參數(shù)介紹　　5.2.2　TC9242的工作原理　5.3　模擬電路鎖相環(huán)速度控制系統(tǒng)　　5.3.1　基于電流環(huán)和鎖相環(huán)的電機(jī)雙模速度控制系統(tǒng)　　5.3.2　無刷直流電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)研究　　5.3.3　高轉(zhuǎn)速電機(jī)穩(wěn)速控制器設(shè)計(jì)　　5.3.4　模塊間自動(dòng)切換電路的實(shí)現(xiàn)　5.4　永磁無刷直流電機(jī)鎖相試驗(yàn)　　5.4.1　永磁無刷直流電機(jī)升降速試驗(yàn)　　5.4.2　永磁無刷直流電機(jī)鎖相穩(wěn)速試驗(yàn)　5.5　快速鎖相穩(wěn)速控制　　5.5.1　電流環(huán)分析　　5.5.2　快速鎖相環(huán)電路　　5.5.3　鎖相穩(wěn)速切換電路　5.6　五位置傳感器無刷直流電機(jī)鎖相環(huán)速度控制系統(tǒng)　5.7　軟件鎖相環(huán)速度控制參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)　5.8　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第6章　無位置傳感器永磁無刷直流電機(jī)控制　6.1　常用無位置傳感器檢測(cè)原理　　6.1.1　反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)的檢測(cè)方法　　6.1.2　反電動(dòng)勢(shì)3次諧波檢測(cè)方法　　6.1.3　續(xù)流二極管導(dǎo)通檢測(cè)方法　　6.1.4　固定電壓的檢測(cè)方法　　6.1.5　預(yù)測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)的方法　6.2　TDA5142T五位置傳感器無刷直流電機(jī)專用控制器　　6.2.1　TDA5142T的調(diào)速原理　　6.2.2　TDA5142T的換相技術(shù)　　6.2.3　TDA5142T的起動(dòng)技術(shù)　　6.2.4　TDA5142T電機(jī)速度控制電路　　6.2.5　實(shí)驗(yàn)結(jié)果　6.3　M14425五位置傳感器BLDCN控制器　　6.3.1　無位置傳感器永磁無刷直流電機(jī)控制器的選用　　6.3.2　ML4425引腳功能　　6.3.3　MLA425關(guān)鍵技術(shù)分析　　6.3.4　ML4425外圍電路的參數(shù)選取　　6.3.5　MLA425應(yīng)用于高速電機(jī)的起動(dòng)技術(shù)　6.4　永磁無刷直流電機(jī)無位置傳感器DSP控制系統(tǒng)　　6.4.1　小電樞電感永磁無刷直流電機(jī)五位置傳感器控制方法　　6.4.2　無位置傳感器檢測(cè)硬件系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)　　6.4.3　無位置傳感器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　　6.4.4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論　6.5　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第7章　稀土永磁無刷直流力矩電機(jī)控制　7.1　概述　7.2　無刷直流力矩電機(jī)伺服控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)　　7.2.1　硬件總體方案設(shè)計(jì)　　7.2.2　控制電路設(shè)計(jì)　　7.2.3　功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)　　7.2.4　位置檢測(cè)電路設(shè)計(jì)　7.3　伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　　7.3.1　伺服控制系統(tǒng)的主程序結(jié)構(gòu)　　7.3.2　各子功能模塊的實(shí)現(xiàn)　7.4　低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的分析和抑制　　7.4.1　PWM-ON-PWM調(diào)制　　7.4.2　換相期間調(diào)制方式對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響　　7.4.3　PWM-ON-PWM調(diào)制的應(yīng)用局限　7.5　試驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析　　7.5.1　試驗(yàn)測(cè)試　　7.5.2　試驗(yàn)結(jié)果分析　7.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第8章　稀土永磁無刷直流電機(jī)發(fā)電運(yùn)行控制　8.1　稀土永磁無刷直流電機(jī)發(fā)電運(yùn)行　　8.1.1　概述　　8.1.2　能量轉(zhuǎn)換方法　8.2　儲(chǔ)能基本原理　　8.2.1　儲(chǔ)能飛輪系統(tǒng)能量流動(dòng)簡(jiǎn)介　　8.2.2　儲(chǔ)能飛輪動(dòng)能存儲(chǔ)原理　8.3　儲(chǔ)能飛輪基本組成　　8.3.1　FES的基本結(jié)構(gòu)　　8.3.2　FES核心構(gòu)件設(shè)計(jì)　8.4　發(fā)電運(yùn)行的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)　　8.4.1　控制原理及總體方案　　8.4.2　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)　　8.4.3　電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)　　8.4.4　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　　8.4.5　控制算法的具體實(shí)現(xiàn)　8.5　試驗(yàn)測(cè)試及結(jié)果分析　8.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第9章　新型永磁無刷直流電機(jī)電磁場(chǎng)的分析與計(jì)算　9.1　計(jì)算漏磁系數(shù)和極弧系數(shù)的意義　9.2　永磁無刷直流電機(jī)二維電磁場(chǎng)分析　　9.2.1　分析模型　　9.2.2　氣隙徑向磁場(chǎng)的分析及相關(guān)參數(shù)計(jì)算　　9.2.3　氣隙軸向磁場(chǎng)的分析及相關(guān)參數(shù)計(jì)算　　9.2.4　電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的分析及相關(guān)參數(shù)計(jì)算　9.3　永磁無刷直流電機(jī)三維電磁場(chǎng)分析　　9.3.1　分析模型　　9.3.2　等效氣隙磁通密度計(jì)算系數(shù)　　9.3.3　等效漏磁系數(shù)　　9.3.4　計(jì)算結(jié)果　9.4　相關(guān)討論　　9.4.1　隔磁環(huán)對(duì)電機(jī)磁場(chǎng)的影響　　9.4.2　Halbach磁體結(jié)構(gòu)電機(jī)的電磁場(chǎng)研究　9.5　樣機(jī)電磁設(shè)計(jì)及結(jié)果分析　　9.5.1　電機(jī)二維場(chǎng)及三維場(chǎng)電磁參數(shù)計(jì)算結(jié)果比較　　9.5.2　氣隙磁通密度的計(jì)算方法　9.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)附錄　源代碼

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　無刷直流電動(dòng)機(jī)（以下簡(jiǎn)稱電機(jī)）是隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型直流電機(jī)，它是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中重要的運(yùn)動(dòng)部件。無刷直流電機(jī)以法拉弟的電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)，而又以新興的電力電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)和各種物理原理為后盾，具有很強(qiáng)的生命力。　　無刷直流電機(jī)的最大特點(diǎn)是沒有換向器（曾稱整流子）和電刷組成的機(jī)械接觸機(jī)構(gòu)。因此，無刷直流電機(jī)沒有換向火花，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維護(hù)簡(jiǎn)便。此外，其轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如采用磁懸浮軸承或空氣軸承等，可實(shí)現(xiàn)每分鐘幾萬到幾十萬轉(zhuǎn)的超高轉(zhuǎn)速運(yùn)行?！　∮捎跓o刷直流電機(jī)具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，它的用途比有刷直流電機(jī)更加廣泛，尤其適用于航空航天、電子設(shè)備、采礦、化工等特殊工業(yè)部門?！　?.1　無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)　　1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，奠定了現(xiàn)代電機(jī)的基本理論基礎(chǔ)。從19世紀(jì)40年代研制成功第一臺(tái)直流電機(jī)，經(jīng)過大約17年的時(shí)間，直流電機(jī)技術(shù)才趨于成熟。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，對(duì)直流電機(jī)的要求也就越來越高，有接觸的機(jī)械換向裝置限制了有刷直流電機(jī)在許多場(chǎng)合中的應(yīng)用。為了取代有刷直流電機(jī)的電刷.換向器結(jié)構(gòu)的機(jī)械接觸裝置，人們?cè)鴮?duì)此作過長(zhǎng)期的探索。1915年，美國人1angna11發(fā)明了帶控制柵極的汞弧整流器，制成了由直流變交流的逆變裝置。20世紀(jì)30年代，有人提出用離子裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)的定子繞組按轉(zhuǎn)子位置換接的所謂換向器電機(jī)，但此種電機(jī)由于可靠性差、效率低、整個(gè)裝置笨重又復(fù)雜而無實(shí)用價(jià)值。　　科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶來了電力半導(dǎo)體技術(shù)的飛躍。開關(guān)型晶體管的研制成功，為創(chuàng)造新型直流電機(jī)——無刷直流電機(jī)帶來了生機(jī)。1955年，美國人Harrison首次提出了用晶體管換相線路代替電機(jī)電刷接觸的思想，這就是無刷直流電機(jī)的雛形。它由功率放大部分、信號(hào)檢測(cè)部分、磁極體和晶體管開關(guān)電路等組成，其工作原理是當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，在信號(hào)繞組中感應(yīng)出周期性的信號(hào)電動(dòng)勢(shì)，此信號(hào)電動(dòng)勢(shì)分別使晶體管輪流導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)換相。問題在于，首先，當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，信號(hào)繞組內(nèi)不能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，晶體管無偏置，功率繞組也就無法饋電，所以這種無刷直流電機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；其次，由于信號(hào)電動(dòng)勢(shì)的前沿陡度不大，晶體管的功耗大。

編輯推薦

　　本書共分9個(gè)章節(jié)，對(duì)永磁無刷直流電機(jī)的控制技術(shù)與應(yīng)用作了系統(tǒng)地介紹，具體內(nèi)容包括永磁無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型及仿真研究、永磁無刷直流電機(jī)的電子電路、永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和鐵耗抑制、永磁無刷直流電機(jī)鎖相環(huán)速度控制技術(shù)、無位置傳感器永磁無刷直流電機(jī)控制等。該書可供各大專院校作為教材使用，也可供從事相關(guān)工作的人員作為參考用書使用。

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