基于dsPIC单片机的无刷直流电机控制系统

论文摘要

无刷直流电机既具有直流电机结构简单,运行可靠,维护方便等一系列优点,还具备交流电机运行效率高,无励磁损耗及调速性能好等诸多优点,现已广泛应用于工业控制的各个领域。尤其值得指出的是,我国稀土资源丰富,稀土磁钢生产已达到国际水平,如果充分利用和发挥我国在这方面的优势,大力发展稀土永磁电机,形成无刷直流电动机系列产品,将对提高我国机电产品在国际市场的竞争力,具有战略意义。本文正是基于这一考虑,对无刷直流电动机的控制技术与控制方法进行研究。我们采用美国微芯公司电机控制专用芯片dsPIC30f系列单片机作为控制器,它集DSP的信号高速处理能力及适用于电机控制的外围电路于一体,可以为高性能传动控制提供可靠高效的信号处理与控制硬件。本文在对永磁无刷直流电动机调速系统的发展及应用综述的基础上,介绍了采用dsPIC30f系列芯片对无刷直流电动机进行换向与转速控制的微机控制系统。文中给出了系统的总体设计方案,分析了无刷直流电机的工作原理,提出了驱动电路和控制电路的设计策略。阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。文中还对硬件的控制原理和电路设计以及各软件模块(包括位置信号检测,PWM波产生,电磁间兼容性设计,故障保护中断处理等)进行了详细的分析。最后运用Matlab/simulink软件对无刷直流电动机进行了仿真,证明了该系统工作良好,达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 无刷直流电动机的发展及现状
• 2 无刷直流电机的控制系统发展概况
• 3 论文主要研究的内容
• 第一章 直流无刷电机的结构及其运行原理
• 1.1 无刷直流电机结构简介
• 1.1.1 无刷直流电机结构
• 1.1.2 转子位置传感器
• 1.1.3 电子换相器
• 1.2 无刷直流电动机的工作原理
• 第二章 dsPIC30f高性能16位数字信号控制器简介
• 2.1 dsPIC30f的特点
• 2.2 dsPIC30f的结构
• 2.3 dsPIC30f的接口功能及应用
• 第三章 控制系统的硬件电路设计
• 3.1 硬件电路整体结构设计简介
• 3.2 系统整流电路的设计
• 3.3 智能功率驱动电路
• 3.4 检测电路的设计
• 3.4.1 位置传感器的设计
• 3.4.2 相电流检测
• 3.4.3 参考速度的输入和速度的测量
• 3.5 dsPIC30f4011单片机的外围电路设计
• 3.6 印制电路板电磁兼容性设计
• 3.6.1 共模发射和差模发射
• 3.6.2 脉冲信号的频谱
• 3.6.3 制电路板的分布参数
• 3.6.4 共模辐射和差模辐射
• 3.6.5 印制电路中的共阻抗耦合
• 3.6.6 电路的去耦设计
• 3.6.7 电路布局、元器件安装位置和合理布线
• 第四章 系统控制方法仿真
• 4.1 数字PID控制算法
• 4.2 转速电流双闭环系统设计
• 4.3 MATALB系统仿真
• 4.3.1 三相无刷直流电动机的仿真模块
• 4.3.2 三相无刷直流电动机双闭环调速系统的仿真模型
• 4.3.3 仿真结果
• 第五章 控制系统软件设计
• 5.1 dsPIC30f系列单片机的软硬件开发工具简介
• 5.2 系统控制软件流程图及主要环节的实现
• 5.2.1 开环控制
• 5.2.2 闭环控制
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢