无刷直流电机(论文设计)

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1、1绪论无刷直流电机[1]（BrushlessDCMotor,简称BLDCM）用电子换相取代了直流电机的机械换相，把永磁材料做成转子，省去了电刷，因而它具有很强的生命力。无刷直流电机的驱动电路能比较容易的获得方波，反馈装置简单，功率密度高，输出转矩大，控制结构简单，使得BLDCM的应用比直流电机要广泛得多。1.1课题研究目的与意义一个世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。众所周知，直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统的直流电机均采用电刷，以

2、机械方法进行换向，因而存在机械摩擦，由此带来噪声、电火花、无线电千扰以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大地限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上，大多数采用三相异步电机。无刷直流电机既具备传统直流电机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗的优点，又具有结构简单、运行可靠、维护方便等独特的优势，特别是与传统直流电机相比，无刷直流电机不采用电刷进行换相，因而不存在机械换相带来的诸多缺点，故在许多高科技领域中应用越来越广泛。在军事装备领域，使用无刷直流电机能更好地满足快响应、高精度的要

3、求。对常规武器如雷达的天线控制系统、高射武器的自动跟踪系统等，这些随动系统必须具备很高的角速度、角加速度和很高的跟踪精度，快速跟踪和准确定位是两个重要的技术指标，其控制器的好坏直接影响着装备战术技术性能，因此，如何使随动系统具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、跟踪精度高等特点成为研究随动系统的关键。近十年来，用高新技术武装的各种新型武器如战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器不断涌现，其目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高，这给武器随动系统提出了新的要求。在民用领域，随着现代电力电子技术、传感

4、器技术、精密机械技术、自动控制技术以及人工智能技术等高新技术的发展，对电动机的要求从过去简单的提供动力发展到精确控制，从而促进了电动机与电子产品紧密结合的机电一体化产品的发展，如激光加工、机器人、数控机床、柔性制造系统等。在这些高科技领域中，无刷直流电机作为当今效率最高的调速电机之一，得到了非常广泛的应用。无刷直流电机的调速性能优越、体积小、重量轻、效率高、转动惯量小、不存在励磁损耗问题，不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，而且结构简单、运行可靠、易于控制。随着无刷直流电机的应用范围日益扩大，

5、其应用己经从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。因此，直流无刷电机的应用和研究受到了高度的重视，凭其技术优势在许多场合取代了其它种类的电动机，越来越多地应用于国民经济生活的各个领域中，显示出了广泛的应用前景。因此，对无刷直流电动机本体及其控制且在控制过程中出现的问题进行系统、深入的研究有着非常重要的理论和现实意义无刷直流电机控制策略选择的好坏直接关系到控制系统的性能，对于控制系统来说有三个基本要求:稳、准、快。其中“稳”是最根本的要求，“准”是稳态要求(稳态误差要小)，

6、“快”是动态要求(超调量要小，调节时间要短)。目前在实际生产和应用中，无刷直流电机的调速控制一般都采用传统的PID控制，PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业控制过程中，但无刷直流电机调速系统是一个多变量、强祸合的非线性系统，随着对无刷直流电机调速性能要求的提高，采用传统的控制方法已经很难得到令人满意的结果。因此，研制高性能的无刷直流电机控制器成为一项普遍关注的课题。1.2国内外研究概况综述1955年，美国D.哈利森等人首次申请了应用晶体管换向代替电机

7、机械换向器换向的专利，这就是现代直流无刷电机的雏形[2]。尔后又经过人们多年的努力，借助霍尔元件来实现换向的直流无刷电机终于在1962年问世。80年代以来，微电子技术和电力电子技术在各自发展的基础上相结合产生了高频化全控型器件，从而使电力电子技术的发展进入了一个新的阶段，新的电力电子器件使电路的控制性能大为改善，使以前难以实现的功能也得以实现。目前，电力电子装置朝着集成化的方向发展，把驱动、控制、保护电路和功率器件集成在一起，便构成了功率集成电路，这些使得电机的驱动电路体积更小且设计简化。电力电子工业的发

8、展，使半导体大功率管的价格不断下降而其性能却不断提高，这些都将使无刷直流电机的应用更加普及[3]。随着科技的发展，无刷直流电机的控制器经历了模拟控制系统、模拟数字混合控制电路、数字控制系统等阶段。传统的无刷直流电机控制器一般由模拟器件以硬接线的方式构成。然而模拟元件的物理特性决定了它们具有一些本质上的缺陷，例如元器件的老化和温漂问题等，由于采用了硬接线，系统升级困难，使它很难满足现代电子系统的设计要求。因此，数字控制系统应运而