基于DSP的无刷直流电机控制研究

论文摘要

无刷直流电机是利用电子换相代替电刷机械换向的一种新型直流电机,它既具有传统有刷直流电动机的调速性能,又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。而且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛的运用。然而无刷直流电机也存在转矩脉动、无位置传感器的位置检测难等一些缺点,如何解决这些问题使得对无刷直流电机的研究更有意义。论文从研究永磁无刷直流电机的结构出发,详细论述了其工作原理及换相过程。通过分析,在理论上得到了换相过程引起转矩脉动的主要因素,并介绍减小换相转矩脉动的方法。根据无刷直流电机的数学模型,建立了无刷直流电机本体在MATLAB中的仿真模型,并建立了系统仿真模型,对无刷直流电机的控制进行了仿真实验。本文设计了无刷直流电机控制系统整体方案,阐述了该系统的基本结构、工作原理及其设计方法,系统是以TI公司的TMS320F2812 DSP为控制电路的核心控制芯片。软件采用模块化结构设计,各部分简洁明了,便于修改和调试。在控制方法上,本文提出了一种改进的PID方法,并采用该方法对电机进行了转速控制。最后根据得到的一些实验结果,通过对比分析找出了一些引起转矩脉动的因素,从而可以改变控制方法使转矩脉动减小。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究背景
• 1.1.1 无刷直流电机的特点
• 1.1.2 无刷直流电机的发展与现状
• 1.2 本课题的研究内容及意义
• 第二章 无刷直流电机的工作过程及转矩脉动研究
• 2.1 无刷直流电机的工作过程
• 2.1.1 电机的工作原理
• 2.1.2 电机的换相过程
• 2.2 无刷直流电机转矩脉动介绍
• 2.2.1 齿槽转矩引起的转矩脉动的消弱方法
• 2.2.2 电磁因素和电枢反应引起的转矩脉动
• 2.3 电流换向引起的转矩脉动的抑制
• 2.4 本章小结
• 第三章 无刷直流电机的仿真模型及MATLAB仿真
• 3.1 无刷直流电动机的数学模型
• 3.2 基于MATLAB的BLDCM系统仿真模型的建立
• 3.2.1 无刷直流电动机本体模块
• 3.2.2 电流滞环控制模块
• 2.2.3 速度控制模块
• 3.2.4 参考电流模块
• 3.2.5 转矩计算模块
• 3.2.6 电压逆变模块
• 3.3 无刷直流电机的MATLAB仿真结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 电机控制芯片DSP介绍
• 4.1.1 TMS320F2812简介
• 4.1.2 用通用定时器和比较单元产生PWM
• 4.2 系统硬件总体设计
• 4.3 控制部分电路设计
• 4.3.1 电源设计
• 4.3.2 时钟和仿真接口电路设计
• 4.3.3 片外扩展存储器接口设计
• 4.4 驱动电路设计
• 4.5 检测电路设计
• 4.6 给定转速输入电路设计
• 4.7 保护电路设计
• 4.8 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 DSP芯片的开发工具
• 5.2 软件总体设计思想
• 5.2.1 电流检测的实现
• 5.2.2 转子位置检测的实现
• 5.2.3 电机转速计算
• 5.3 改进的数字PID调节器的实现
• 5.4 PWM调制信号的产生
• 5.5 软件部分的程序流程图
• 5.5.1 主程序的流程图
• 5.5.2 采用定时中断的中断服务程序的流程图
• 5.5.3 采用捕获中断的中断服务程序流程图
• 5.5.4 电流调节器算法流程图
• 5.6 本章小结
• 第六章 实验结果及分析
• 6.1 控制信号波形要求及分析
• 6.2 不同载波周期的控制信号分析
• 6.3 不同转速时的电流分析
• 6.4 低转速下的转矩脉动抑制
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录