电动助力携行具电机控制器设计研究(3)
时间:2018-07-07 20:20 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
由此看来，即使初期的电动助力携行具不足以用于军事战斗，但也可以将其用于后勤任务，例如搬运和装卸物资、为战斗机挂弹等。 电动助力携行具经过这几年的研究与发展，其结构和功能也日趋完善，随着能源技术、人机工程技术和控制技术的不断进步,其在军事，医学以及对抗自然灾害等领域中大有潜力可挖。 此次课题主要目的是设计一款稳定的、在各种工况下能够正常工作的电动助力携行具的电机控制器，它能够使穿戴者可以及时的通过手动拨杆来调节携行具的行进速度。控制器具有完善硬件保护功能，可靠的散热结构以及有效的控制策略。 1.2电机控制器组成及主要器件 1.2.1电机控制器的主要组成 电机控制器的主要组成部分： 1)电子控制模块：包括了硬件电路和相对应的控制软件。硬件电路主要包含了微处理器，对电机电压，电流，转速，温度等状态的检测电路，硬件保护电路，以及与整个助力系统的控制器外部控制单元数据进行交互的通信电路。控制软件根据不同电机的特点实现对应的控制算法； 2)驱动器：接收来自微控制器的信号，然后将信号进行处理后转换成功率变换器的驱动信号； 3)功率变换模块：对电机的电流进行有效控制。 1.2.2电动机发展现状及比较 为使助力携行系统具备良好的性能，电机及驱动控制系统应要满足下列要求： 1)瞬时功率大，过载能力强； 2)转矩响应特性快； 3)重量和体积小； 4)可靠性强，满足助力系统在各种地况环境下的工作要求； 5)制动能量回馈时能量回收效率高。 以下是对四种主要电机类型分析比较： 1.直流有刷电机 直流有刷电机成本低，易于平滑调速，控制器简单且技术成熟。但电机电刷和换向器容易损坏，而且与交流电机相比，效率低，转速因受电刷和换向器的制约相对较低。 2.交流感应电机 与直流有刷电机相比，交流感应电机机构简单，重量轻，可靠性好，效率高且噪声小。但是调速性较差，转子容易发热，不易控制且控制系统成本较高。近年来随着交流感应电机控制理论不断完善，其在各个领域都有取代直流电机的趋势。 3.交流永磁电机 交流永磁电机包括无刷直流电机与永磁同步电机。永磁同步电机要求在定子绕组上输入三相正弦电流；无刷直流电机是在直流电机的基础上发展的新型电机，实质上是采用直流电源供电，逆变器作为定子绕组，提供方波电流的永磁同步电机。 交流永磁电机的转子转速与旋转磁场转速同步，主要优势是效率高，体积小，响应快。但是其成本较高，而且相比于感应电机，弱磁时能力差，调速范围有限。主要使用在中、小功率系统中。 4.开关磁阻电机 开关磁阻电机是新型的调速电机，它的定子和转子是由硅钢片组成。它的优点是结构简单，成本低而且效率高。因为转子没有绕组，所以开关磁阻电机很适合用于频繁启停和具有冲击负载工况条件下。而且它的调速范围宽，易于控制。它的缺点在于转矩脉动大，噪声和振动都比一般电机要大，而且主电路设计比较复杂。 综上所述，直流电机在启动和制动两方面都具有良好的性能，调速平滑而且范围宽。且直流控制系统相较于交流在理论和实践上都相对成熟，而且它也是交流控制系统的基础。下表1.1是对以上的四种电动机进行比较。 表1.1 四种驱动电动机及技术状况比较 将各类电机特性优劣进行对比之后，本次课题采用了交流永磁电机其中的无刷直流电机作为驱动电机。 (责任编辑：qin) |