基于DSP无刷直流电机智能控制系统的研究与设计

论文摘要

无刷直流电机是伴随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机。它具有运行效率高、无励磁损耗和调速性好的优点,近几年随着无位置传感器技术的研究与应用,使无刷直流电机体积变的更小、成本更低以及抗干扰能力增强。使无刷直流电机的应用领域更加广泛。因此受到越来越多人的关注,成为研究的一个热点。本文设计了一种基于数字信号处理器（DSP）的无刷直流电机控制系统。采用TI公司生产的DSP芯片TMS320F2812作为主控制器。该器件上集成了多种先进的外设,为电机的控制提供了良好的工作平台,驱动电路采用IR公司生产的IR2130高性能三相桥式驱动器,它只使用一路驱动电源,便可以输出六路驱动信号。对于转子位置的检测,本系统采用反电动势过零检测,设计了相应的硬件电路。节约了成本,增加了系统的稳定性。并设计了相应的保护电路,防止过流或过压对电机造成的损害。软件部分是在DSP集成开发环境CCS下,采用汇编语言与C语言混合编程的方法进行编写的。本论文给出了系统主要功能模块的程序流程图以及关键模块的程序代码。对于转速的控制,本系统采用模糊-PID控制算法。利用MATLAB工具箱,构建模糊控制器。最后是对控制系统进行仿真分析,在MATLAB/Simukink环境下建立仿真模型,采用子系统的封装技术,将仿真模型分为三相逆变器模块、无刷直流电机模块、控制模块和逻辑换相模块。其中在无刷直流电机模块采用C MEX S-函数结合一些逻辑运算模块,实现了对无刷直流电机本体的封装。仿真结果显示,采用模糊-PID控制算法以后,系统的性能得到了明显的改善,响应时间变短,超调也变小,系统的鲁棒性增强。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题的主要研究工作
• 2 无刷直流电机的工作原理和数学模型
• 2.1 无刷直流电机的结构
• 2.2 无刷直流电机的工作原理
• 2.3 无刷直流电机的数学模型
• 3 无刷直流电机控制系统总体设计
• 3.1 无刷直流电机控制系统总体结构框图
• 3.2 转子位置检测方案的选择
• 3.3 无刷直流电机的启动方法
• 3.4 无刷直流电机速度控制系统
• 4 无刷直流电机控制系统的硬件设计
• 4.1 无刷直流电机控制系统的总体硬件框图
• 4.2 主控芯片DSP简介
• 4.3 系统电源设计
• 4.4 逆变电路
• 4.5 驱动电路
• 4.6 转子位置检测电路
• 4.7 电流检测电路
• 4.8 DSP最小系统电路
• 4.9 保护电路
• 5 无刷直流电机控制系统的软件设计
• 5.1 DSP集成开发环境CCS简介
• 5.2 软件总体设计
• 6 无刷直流电机控制系统的仿真研究
• 6.1 无刷直流电机模块
• 6.2 三相逆变器模块
• 6.3 逻辑换相模块
• 6.4 模糊-PID控制器模型
• 6.5 仿真结果分析
• 7 总结与展望
• 7.1 本文的工作总结
• 7.2 不足与展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 参考文献
• 附录A