第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
目前用的最多的洗衣机主要都是由单相异步电机所驱动，这种洗衣机主要是利用离合器的变速来对所清洗的物体进行清洗与脱水，这样虽然能够达到清洗的目的，但这种洗衣机因为离合器的局限性大大的降低了它的效率，而且还带来了噪音污染，并且大大的限制了洗衣机智能化的提高。然而对于应用无刷直流电机来说，它不再需要机械减速与传动装置，它可以直接驱动洗衣机滚筒[3]。作为绿色家电驱动系统的主力——永磁无刷直流电动机，不仅具有普通直流电动机的优点同时还具有交流电动机的优点，正逐渐代替单相异步电机在家电中的应用，这预示着家电产品的智能化程度将会被大大的提高。
1.2 无刷直流电机的应用
简单的内部构造，相对普通直流电机来说，他去掉了机械电刷与换向器，这样更利于对电机进行维护，同时彻底消除了普通电机由机械刷与换向器所造成的故障，也大大增加了电机的使用寿命。噪音污染大大地降低了，由于无刷直流电机是用电子换相电路替换了普通直流电机的机械电刷，所以由电刷造成的机械噪音也伴随着它的消失而消失。工作效率得到了显著的提高，由于无刷直流电机利用永磁体产生恒定、持续的磁场，所以它是目前电机中最高效率的一种电机，在大多数条件下其永磁体都具有相当小的去磁系数。
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第二章 无刷直流电机的数学模型分析
2.1 无刷直流电机的基本机构
无刷直流电动机的本体是实现整个系统能量转换的核心，在结构上它与同步电机很相似，而且它设计的好坏直接影响着控制系统可靠性。而作为有位置传感器的 BLDCM，主要是通过传感器对转子位置进行测定，然后输出转子位置的信号再经过处理得到相应的开关信号，进而对开关器件进行控制，按照一定顺序导通与关断对应的开关器件，这样就会将直流电压的电能转换成机械能，同时电机会产生一定的输出转矩，这样就会实现系统的稳定运行[27]。
众所周知，直流电动机的内部构造主要包含定子与转子，普通直流电机的转子是为了生成电磁转矩与感应电动势。而为了降低电机的重量缩小电机的体积，无刷直流电机的转子利用了永磁材料，并且它的电枢绕组放置的位置也与普通直流电机不同，它是放置在了定子上。
2.2 无刷直流电机的工作原理分析
无刷直流电机已经被广泛应用于社会各类领域之中，它具有单相、两相、三相等多种层出不穷的运行方式，并且每一类无刷直流电机的驱动方式又分为多种，而半桥驱动和全桥驱动成为人们应用最多的驱动方式。全桥驱动方式又可分为多种，最常用的是星形和角形连接，驱动方式的选择会直接影响电机的性能与成本，所以选取合适的驱动方式是重中之重。常用无刷直流电机几种工作方式的比较[29]：1) 单相导通星形三相三状态采用三相半桥式逆变电路，星形绕组连接，特点是电机本体利用率低，转矩脉动比较大。2) 两相导通星形三相六状态采用三相桥式逆变电路，星形绕组连接，特点是电机出力大，转矩平稳。3) 三相导通星形三相六状态采用三相桥式逆变电路，星形绕组连接，特点是主电路容易发生直通短路，损坏开关器件。4) 两相导通角形三相六状态采用三相桥式逆变电路，角形绕组连接，特点是电机出力小。5) 三相导通角形三相六状态采用三相桥式逆变电路，角形绕组连接，特点是主电路容易发生直通短路，损坏开关器件。
下面着重介绍一种人们经常使用的驱动电路，如图 2.2 所示，二二导通三相星形连接方式，它是指每次使不同相的两只开关管同时导通。各开关管的导通顺序为：Τ1、Τ2；Τ2、Τ3；Τ3、Τ4；Τ4、Τ5；Τ5、Τ6；Τ6、Τ1。一个周期有 6 种导通状态，每次换相相隔o60 电角度，每个开关管均导通o120 电角度，每次有一个开关管换相。逆变桥的上桥臂Τ1、Τ3、Τ5这三个功率开关管的主要作用就是像各相绕组传送正向电流，进而产生正向的电磁转矩对电机进行调速控制；逆变桥的下桥臂Τ2、Τ4、Τ6这三个功率开关管主要起的作用就是像各相绕组传送反向电流的，这样就能够在相同极性转子的永磁磁场下生成反向的电磁转矩对电机进行调速控制。
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第三章 无刷直流电机的控制策略.........................19
3.1 BLDCM的调速控制方式 ..............................19
第四章 无刷直流电机的 MATLAB 仿真分析..........................31
4.1 控制系统的总体仿真设计 ......................31
第五章 无刷直流电机控制系统的设计................................. 43
5.1 控制系统总体结构.......................................... 43
第四章 无刷直流电机的MATLAB仿真分析
4.1 控制系统的总体仿真设计
本文所研究的内容是采用电流滞环作为内环，速度 Fuzzy PID控制作为外环的BLDCM 调速控制系统。通过对比两种速度调节控制器：常规 PID 控制器与 Fuzzy PID控制器，分析BLDCM在这两种不同控制方式下的动态特性，可以得知当速度调节环节使用 Fuzzy PID控制器时，能够很好的提高调速系统的响应速度，相对常规PID 来说，这种方式可以让系统更加快速的达到稳定状态，同时还能够保证系统的稳定性与精度。系统框架如图 4.1 所示。
4.2 模块设计
在BLDCM调速控制系统电机本体的建模过程中,反电动势要如何求取已经成为建模过程中人们需要解决的难题。选取合适的反电动势求取方法，不仅可以很有效的抑制转矩脉动而且还有利于输出理想的相电流波形。如果选取的方法不合适，有时甚至会直接导致无刷直流电机调速系统换相的失败。因此,获得理想的反电动势波形是BLDCM仿真建模的关键问题之一。
目前已经知道的反电动势求取法主要有三种：一种就是运用有限元法，也就是将连续的反电动势数值近似地分成一组离散的数值；还有一种是傅里叶变换法(FFT )，它是将反电动势信号看似成由众多三角函数信号组合而成的；最后一种为分段线性法。本文通过对这三种方法的比较选取了分段线性法来对BLDCM梯形波反电动势进行求取。分段线性法的基本原理为：将 0 ～ 360 空间角度等分为六个区域，也就是每 60空间角度一个区域，这样电机转子就可以在 60 整数倍空间角度处进行换相，即转子在 60 、 120 、 180 、 240 、 300 、 360 空间角度处换相。这种方法就是将每个区域都作为一个运行阶段,各相反电动势都可以看成一段直线，这时就可以由转子位置信号和转子旋转方向来确定BLDCM所处的运行状态[54]。
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第六章 总结与展望
本文的主要研究工作有以下几个方面：1) 介绍了洗衣机与 BLDCM 控制系统的研究背景与意义并简要叙述了它的应用领域，对比介绍了有位置传感器与无位置传感器电机优缺点和无刷直流电机的控制方式的优缺点，并简单说明了以单片机作为主控芯片的优越性。2) 描述了 BLDCM的基本结构、工作原理、数学模型，以及电枢绕组的连接方式和调速方法。确定了本系统所采用的无刷直流电机电枢绕组的连接方式为三相星形桥式以及使用PWM技术对无刷直流电动机进行调速。3) 介绍了无刷直流电机的控制方式与调速策略，通过对比开环控制与闭环控制；传统PID控制与模糊PID 控制的优缺点，确定了本论文要采用的控制策略即模糊PID 双闭环控制方式，为能使系统准确与稳定奠定了基础。4) 搭建 MATLAB 系统仿真模型，并对系统中的各个模块进行具体的介绍，同时确定系统参数并调节控制系统，对比在传统PID 控制与模糊PID 控制下的转速图，得出模糊PID 控制要优于传统PID 控制的结论。5) 介绍了无刷直流电机控制系统的软硬件设计，给出了控制部分电路设计图，还给出了控制系统的软件结构：以模块化思想的主程序模块和中断服务程序模块流程图，为系统的理论验证给出了依据。
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参考文献（略）