基于位置霍尔的无刷直流电动机的容错控制.pdfVIP

摘要

无刷直流电动机(BrushlessDCmotor，简称BLDCM)是当今电机领域中一种应用较为广

泛的电机，具有噪音低、体积小、寿命长等优点。与有刷直流电机相比，无刷直流电机通过

使用电子器件换相的方式，解决了有刷电机在换相过程中存在的火花与噪音问题，因而深受

人们的喜爱与推崇，在许多领域逐渐有了取代直流电机的趋势。在无刷直流电机的实际应用

中，若电机的位置传感器发生了故障，将导致电机换相异常，使转速与电流产生较大脉动，

不利于电机的控制，而且过大的电流也会给产品带来很大的安全隐患。因此，研究霍尔传感

器发生故障时的容错控制具有很高的实际应用价值。

首先，本文对无刷直流电机的基本原理进行了简单介绍，包括其系统组成、工作原理、

数学模型等，并对传统的有位置传感器控制技术和无位置传感器控制技术进行了介绍。

其次，针对开关霍尔信号存在位置分辨率较低的问题，本文对无刷直流电机的霍尔信号

进行了研究，提出了一种将离散、低分辨率的开关霍尔信号重构成高精度位置信号的方法。

该方法通过Clarke变换将霍尔信号转变为霍尔旋转矢量，然后使用谐波解耦的方法滤除旋转

矢量中的谐波成分，最后使用正交锁相环将转子的位置信息提取出来。为了验证本方法的优

越性，将该方法与采用变带宽滤波器的位置重构方法在不同转矩与转速下进行了对比。仿真

结果表明，采用锁相环的位置重构方法重构出来的位置信号具有更高的精度。

再次，本文从最基础的霍尔信号入手，分析了一相与两相霍尔发生故障时的各种可能情

况，并根据故障特征值的不同，提出了两种故障诊断方法与位置重构方法。为了验证两种诊

断方法的优劣，在MATLAB仿真环境下对两种方法的诊断效率进行了分析对比。同时通过模

拟传感器故障发生时间、故障数量、以及故障类型等因素验证了容错控制方法的控制性能，

仿真结果表明，本文提出的容错控制方法具有良好的而控制性能。

最后，本文搭建了以TMS320F28335控制器为核心的无刷直流电机的容错控制硬件系统

平台，在此基础上设计了相应的软件程序，并进行了实物实验。实验结果表明，本系统在速

度控制与位置检测方面具有良好的性能。

关键词：无刷直流电动机，位置信号重构，容错控制，数字信号处理器

ABSTRACT

BrushlessDCmotor(BLDCM)isoneofthemostwidelyusedmotorsinthefieldofmotor.It

hastheadvantagesoflownoise,smallsizeandlonglife.ComparedwiththeDCmotor,BLDCM

solvestheproblemsofsparkandnoiseinthecommutationprocessbyusingelectronicdevices,soit

isdeeplylovedandrespectedbypeople,andhasgraduallyreplacedDCmotorinmanyfield.Inthe

actualapplicationofBLDCM,itwillleadtoabnormalcommutationofthemotor,resultinginlarge

pulsationofthespeedandcurrent,whichisnotconducivetothecontrolofthemotor,andthe

excessivecurrentwillalsobringgreatsafetyriskstotheproduct.Therefore,theresearchonfault

tolerantcontrolsystemofBLDCMunderHallsensorfaulthashighpracticalapplicationvalue.

Firstly,thebasicprincipleofBLDCMisintroduced.includingitssystemcomposition,wo