基于Kinetis的BLDCM无位置传感器控制系统设计

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无刷直流电机(BLDCM)具有结构简单、效率高,运行可靠等优点。然而有位置传感器的BLDCM故障率高且维护困难,直接限制了其推广应用,因此开发无传感器的BLDCM控制技术是未来的发展方向。飞思卡尔公司最近推出了Kinetis E系列ARM内核微控制器,具有较高的性价比,很适合用于BLDCM的控制。本文以该系列芯片MKE02Z64VQH2为控制核心,设计了一套无位置传感器BLDCM控制系统,成功地实现了BLDCM的运行控制,达到了预期的效果。论文首先总结了几种基于反电势的BLDCM无传感器控制技术,然后给出了BLDCM的基本结构、控制原理等。其次,重点分析了该控制系统中无传感器控制的关键技术,包括过零检测、起动以及单神经元自适应PID控制等,深入研究了反电势过零检测的原理、过零信号捕获及换相中的时间处理方法。在本课题BLDCM无位置传感器控制系统的硬件部分,分析了硬件系统的整体结构,MCU外围控制电路、驱动电路、信号检测电路以及电源电路等。在软件设计部分,分析了各模块功能的软件实现,包括PWM调制信号、电流电压信号采样及处理、过零检测的程序设计、无传感器换相、电机转速计算、系统故障检测及保护,同时开发了控制系统基于FreeMASTER软件的GUI界面。最后,在以45ZWN24-40型BLDCM为控制对象的室验平台上实现了BLDCM无传感器闭环控制,实验结果表明该控制系统具有良好的速度响应,达到了企业要求的性能指标,并可以作为Kenetis E系列在洗衣机、冰箱等家用电器应用中的一个成功的参考设计。
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