基于dsPIC的无刷直流电机控制系统设计

论文摘要

随着当前电力电子技术的快速发展、新型控制器的不断推出,电气传动技术和控制策略面临着一场历史革命。众多的电机控制策略中,在电机统一理论、机电能量转换和坐标理论的基础上发展起来的空间矢量脉宽调制策略（简称SVPWM）作为当前备受关注的电机控制方案,具有先进性、新颖性和实用性的特点。但是该控制策略仅能将输出电压提高到方波工况时的90.7%,为了使电机获得更大的输出转矩和更高的直流电压利用率,就需要提高调制系数,这有可能导致输出电压波形的严重畸变,影响电机的输出转矩,为此需要对SVPWM过调制做出一定的优化,使得电机在增加输出转矩的同时,提高直流电压利用率。本文首先在分析无刷直流电机数学模型的基础上,论述了无刷直流电机常用的控制策略,并重点研究了SVPWM控制原理及其在dsPIC上的实现方法,在此基础上利用现有平台实现了SVPWM控制的算法。同时,对于SVPWM控制过调制问题做了专门研究,提出了一种过调制策略,并在之后的编程调试中进行了调试验证。在软件编程方面,本文选用Microchip公司的dsPIC33FJ128MC706型DSP作为核心控制器,该款产品丰富的外设、强大的运算能力都给SVPWM控制的实现带来了极大的便利。在开发环境方面,采用MPLAB IDE v8.5软件开发平台进行实时仿真和测试,采用C语言进行程序编写,整个软件进行模块化处理,条理清晰,易读易改,执行效率极高。在硬件电路方面,选用基于dsPIC系列芯片的最小系统为控制模块,并为此搭建了光电编码检测电路、位置信号获取电路、电流检测电路以及开关量读取电路；选IGBT-IPM模块为主功率单元,并为此设计了相应的驱动保护电路；另外,考虑电路的实际应用情况,还为此设计了多路隔离电源,保证系统安全工作。本文最后对全文的工作做了总结,并系统分析了实验数据和结果,实验表明本控制系统能够有效的满足电机控制的需求,证明了系统设计的可行性,同时也表明本文提出的新型SVPWM控制过调制策略可以使系统获得更大的输出转矩和更高的直流电压利用率,表明了该系统的实用性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 无刷直流电机及其调速系统
• 1.2.1 无刷直流电机发展
• 1.2.2 无刷直流电机系统结构简介
• 1.2.3 无刷直流电机调速系统
• 1.3 SVPWM控制技术发展概况
• 1.4 本课题研究内容及相关工作
• 2 无刷直流电机及控制策略
• 2.1 无刷直流电机系统结构
• 2.2 无刷直流电机运行原理
• 2.2.1 无刷直流电机运行原理
• 2.2.2 无刷直流电机驱动
• 2.2.3 动态数学模型
• 2.2.4 机械特性和调节特性
• 2.3 无刷直流电机控制策略
• 2.4 SVPWM控制理论
• 2.4.1 SVPWM调制基本原理
• 2.4.2 SVPWM实现
• 2.4.3 SVPWM过调制
• 3 控制系统硬件设计
• 3.1 控制系统整体方案
• 3.2 控制系统分部详解
• 3.2.1 电源电路
• 3.2.2 控制电路
• 3.2.3 外部信号输入电路
• 3.2.4 IGBT-IPM电路
• 3.2.5 电流检测电路
• 3.2.6 电流保护电路
• 4 系统软件设计
• 4.1 系统主流程图
• 4.2 主程序设计
• 4.3 中断服务程序设计
• 4.3.1 信号读入及处理模块
• 4.3.2 PI模块
• 4.3.3 SVPWM模块
• 4.3.4 过调制处理模块
• 5 系统实验论证
• 5.1 实验平台
• 5.2 实验结果分析
• 5.2.1 驱动波形分析
• 5.2.2 电流波形分析
• 5.2.3 过调制波形分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢