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无位置传感器的BLDCM控制系统研究与设计
标题：无位置传感器的BLDCM控制系统研究与设计
摘要：
无位置传感器的无刷直流电机（BLDCM）控制系统在工业自动化和电动汽车领域具有重要的应用价值。本论文针对无位置传感器的BLDCM控制系统进行了深入研究与设计，提出了一种基于反电动势估算和无观测器的控制策略，并通过仿真和实验验证了该控制策略的有效性。
关键词：无位置传感器、无刷直流电机、反电动势、观测器、控制系统
1.引言
无刷直流电机由于其结构简单、功率密度高和效率高等优点，在工业自动化和电动汽车等领域得到广泛应用。然而，传统的BLDCM控制系统需要使用位置传感器来获取转子位置信息，这增加了系统成本和设计复杂性。为了解决这一问题，近年来，无位置传感器的BLDCM控制系统备受关注，通过估算转子位置信息来实现控制。
2.无位置传感器的BLDCM控制系统设计原则
无位置传感器的BLDCM控制系统设计目标是准确估算转子位置并实现稳定的速度和位置控制。设计原则包括以下几点：
2.1反电动势估算：利用电机绕组的反电动势来估算转子位置。
2.2观测器设计：设计一个观测器来估算电机内部状态，如转子位置和速度。
2.3控制策略设计：根据估算的转子位置和速度，设计控制策略实现稳定的速度和位置控制。
3.反电动势估算方法
反电动势是电机绕组中由于转子磁场变化引起的感应电动势。在无位置传感器的BLDCM控制系统中，通过测量电机绕组中的反电动势，可以估算转子位置。常用的反电动势估算方法包括带死区的反电动势方法和基于角度平均的反电动势方法。
4.观测器设计
观测器是无位置传感器的BLDCM控制系统的关键组成部分，用于估算电机内部状态。常用的观测器设计方法有扩展卡尔曼滤波器和无观测器控制。扩展卡尔曼滤波器基于状态估计的扩展卡尔曼滤波器通常用于实时估算电机状态。无观测器控制方法通过引入一个辅助系统和一个误差观测器来实现状态观测。
5.控制策略设计
基于反电动势估算和观测器设计的无位置传感器的BLDCM控制策略包括速度闭环和位置闭环控制。在速度闭环控制中，根据估算的转子位置和速度，设计一个PID控制器来实现速度控制。在位置闭环控制中，通过设计一个位置控制器，将速度控制器与位置指令结合，实现闭环控制。
6.仿真与实验验证
通过MATLAB/Simulink进行仿真，验证了无位置传感器的BLDCM控制系统的有效性。然后，搭建实验平台，使用无位置传感器的BLDCM控制系统进行实验验证，并与传统的基于位置传感器的BLDCM控制系统进行对比。
7.结论
本论文研究了无位置传感器的BLDCM控制系统的设计原则，并提出了基于反电动势估算和无观测器的控制策略。通过仿真和实验验证，证明了该控制策略的有效性。无位置传感器的BLDCM控制系统有望在工业自动化和电动汽车等领域得到广泛应用。
参考文献：
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[2]Zhao,J.,Ruan,X.T.,&Peng,M.(2018).SensorlessControlofBrushlessDCMotorBasedonOnlineEstimatingInitialRotorPositionandSpeed.IEEEAccess,6,1-11.