洗衣机用无刷直流电机控制器的设计与实现

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洗衣机作为人们生活中不可缺少的家用电器,给人们生活带来了极大的便利。传统交流电机驱动的洗衣机效率低、噪声大,已不能满足人们舒适度要求。无刷直流电机(BLDCM)驱动的变频洗衣机高效、节能、噪声低、稳定性强,具有广阔的市场潜力。但目前电机控制器成本较高,阻碍了该类洗衣机的应用推广。本文设计了一款低成本的无刷直流电机控制器,具有良好的实用价值。  本文采用STM32作为主控制器,在无感无刷直流电机反电动势过零检测法的基础上,设计了反电动势过零检测电路。无刷直流电机低速运行时,速度检测具有较大的滞后性,这增大了电机速度闭环控制周期,削弱了电机闭环控制效果。本文在理论分析的基础上,改进了速度计算方法,通过利用同一电气周期内三相绕组两两相的反电动势过零点的相位差来计算电机速度,将速度计算周期缩短为传统方法的1/6,提高了系统动态性能。同时,基于30°电角度延时换相理论,本文设计了非阻塞的30°电角度延时换相算法。通过计算30°电角度的实际时间,利用STM32系统滴答时钟产生时基实现定时换相,提高了主控制器的资源利用率,使得系统稳定性、可靠性增强。在硬件电路方面,本文给出了整个控制器详细的硬件电路设计和元器件参数选择。在控制策略方面,设计了速度模糊PID控制和电流PI控制的双闭环控制程序,提高了电机的速度控制精度和启制动特性。  最后,在MATLAB/Simulink平台上搭建了系统仿真模型,仿真结果表明:电机能在较短的时间(1.6s)启动并达到设定转速,超调更小,速度更加平滑。同时,在实验平台上利用样机进行了实验测试,测试结果表明:所设计的无刷直流电机控制器具有良好的速度控制精度(≤2.2%)和快速的启制动特性(启动时间约为1.5s、制动时间为0.3s),且洗衣机运行过程平稳、噪声较低,满足实际应用要求。
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