直流无刷电机控制系统的DSP实现

论文摘要

20多年以来,随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展,无刷电动机得到了长足的发展。直流无刷电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性,且结构简单、运行可靠、易于控制。其应用从最初的军事工业,向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。DSP是针对数字信号处理需要而设计的一种可编程的单片机,是现代电子技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物。由于其独特的总线结构和特殊的针对数字信号处理的指令,使其应用范围已渗透到各个领域。本文首先对直流无刷电机的发展、结构、工作原理及控制方法进行了分析阐述,并根据系统要求提出了以DSP芯片TMS320F2812为核心的直流无刷电机控制方案设计。论文还对几种主流的直流无刷电机的控制方式做了对比,选用了模块化的切换控制方案,并结合工程实验对整体的系统设计方案进行了验证。在设计方案确定的基础上,本文设计并实现了DSP及其外围扩展电路、驱动电路、电流检测电路等直流无刷电动机控制系统各组成模块硬件电路设计和控制系统EMC设计,编写了双闭环PI控制算法,并在硬件方案上实现了双闭环PI控制算法对直流无刷电机的控制。通电调试后,电机在空载和负载情况下工作特性良好,运行稳定,达到预先的设计目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 直流无刷电动机发展及现状
• 1.2 直流无刷电机控制及驱动技术的发展
• 1.2.1 模拟控制器向数字控制器的转变
• 1.2.2 单片机控制向数字信号处理器控制的转变
• 1.2.3 普通控制方式向先进、智能化控制策略的转变
• 1.3 课题的背景和意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 直流无刷电机结构、原理与调速控制方法
• 2.1 直流无刷电机的基本结构
• 2.1.1 电动机本体
• 2.1.2 电子开关线路
• 2.1.3 位置传感器
• 2.2 直流无刷电机的工作原理
• 2.3 直流无刷电机数学模型
• 2.4 直流无刷电机调速及控制方法
• 2.4.1 直流无刷电机调速方法
• 2.4.2 直流无刷电机控制方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 直流无刷电机控制系统硬件设计
• 3.1 控制系统总体设计
• 3.2 微处理器TMS320F2812简介
• 3.3 控制系统各组成模块电路设计
• 3.3.1 DSP最小系统模块
• 3.3.2 CPLD译码转换电路
• 3.3.3 系统供电电源模块
• 3.3.4 驱动电路模块
• 3.3.5 功率变换电路
• 3.3.6 转子位置信号检测电路
• 3.3.7 电流检测电路
• 3.3.8 转速检测电路
• 3.4 启动方法选择
• 3.5 控制系统EMC设计
• 3.5.1 直流无刷电机DSP控制系统的电磁干扰问题
• 3.5.2 硬件抗干扰设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 直流无刷电机控制系统软件设计
• 4.1 TMS320F2812 DSP软件开发介绍
• 4.1.1 集成开发环境（CCS）
• 4.1.2 程序模块化-COFF文件介绍
• 4.1.3 软件开发步骤
• 4.2 控制系统软件设计
• 4.2.1 系统初始化
• 4.2.2 电机启动程序
• 4.2.3 A/D中断服务
• 4.2.4 闭环控制程序
• 4.2.5 串行通信
• 4.2.6 软件抗干扰设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统联调测试结果与分析
• 5.1 控制系统硬件调试
• 5.1.1 位置信号调试
• 5.1.2 PWM调试
• 5.2 控制系统软件调试
• 5.2.1 电流环调试
• 5.2.2 速度环调试
• 5.2.3 软件其他环节调试
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 相电流波形
• 5.3.2 速度波形
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢