基于DSP2407的无刷直流电机无位置控制系统

论文摘要

近年来,随着电力电子技术、运动控制技术、材料科学技术以及计算机技术的不断发展,作为机电能量转换装置的无刷直流电机,得到了快速的发展,其应用范围也从军事领域逐步扩展到交通运输、仪表、化工、医疗等各个领域。无刷直流电机结构简单、运行可靠且具有优越的调速性能。相对于有刷直流电机而言,无刷直流电机用电子换相取代了传统的机械电刷换相,避免了换相过程中产生的火花以及电磁干扰,极大的提高了电机的运行寿命及可靠性。但是电子式转子位置传感器的安装,加重了无刷直流电机的负担,也在一定程度上限制了电机的应用场合,因此无位置传感器无刷直流电机控制系统的提出具有及其深远的意义,已成为当前研究的热点。本文在详细分析无刷直流电机结构特点及运行原理的基础上,实现了无刷直流电机无位置传感器闭环控制系统。在控制算法方面,采用“反电势法”(Back Electromotive Force,简称BEMF)检测三相反电势过零点来确定电机转子位置,完成换相过程。同时,针对反电势法所存在的起动困难的缺点,本文提出了一种“高频脉冲注入法”的实现方法来检测永磁无刷直流电机转子在静止状态下的位置,配合“三段式起动法”,实现电机平滑无反转起动。本文以TI公司生产的高性能数字信号处理器TMS320F2407A型DSP作为主控芯片,ATmega168作为键盘数码管手持单元控制芯片,设计了无刷直流电机的核心硬件控制系统,及其外围电路,并搭建了简单可靠的反电势过零检测电路。结合DSP的特性,充分利用片内资源,运用C语言编辑了模块化的控制程序。实验运行结果表明,本无刷直流电机无位置传感器控制系统能够准确检测到电机初始位置,平稳起动,在实现电机正确的换相以及闭环运行的基础上,具有键盘和端子双重控制,报警显示等功能,证明了系统设计的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 无刷直流电机发展现状及趋势
• 1.3 无刷直流电机的技术优势
• 1.4 无位置传感器无刷直流电机控制技术概况
• 1.4.1 无位置传感器控制方法
• 1.4.2 初始位置检测及起动方法
• 1.5 课题研究的主要内容
• 2 无刷直流电机的工作原理及数学模型
• 2.1 无刷直流电机的组成
• 2.1.1 无刷直流电动机本体
• 2.1.2 电子换相电路
• 2.1.3 转子位置传感器
• 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
• 2.3.1 无刷直流电机简化模型及等效电路
• 2.3.2 无刷直流电机运行特性
• 2.4 无刷直流电机闭环调速系统
• 3 无位置传感器无刷直流电机运行原理
• 3.1 反电动势过零检测方法
• 3.1.1 无刷直流电机反电动势的定义
• 3.1.2 反电动势过零信号的检测方法
• 3.1.3 反电动势过零检测法换相点的确定
• 3.2 无位置传感器无刷直流电机起动方法
• 3.2.1 脉冲注入法检测初始转子位置
• 3.2.2 三段式起动法
• 4 无位置传感器无刷直流电机控制系统的硬件设计及实现
• 4.1 控制系统总体硬件结构
• 4.2 控制芯片的选择及其特点
• 4.3 反电动势过零检测电路
• 4.4 功率模块及稳压电源电路
• 4.5 检测电路
• 4.5.1 电流检测电路
• 4.5.2 电压检测
• 4.5.3 电位器调压检测电路
• 4.6 电流速断保护电路
• 5 无位置传感器无刷直流电机控制系统的软件设计
• 5.1 基于TMS320F2407的开发系统
• 5.2 主程序设计
• 5.3 中断服务程序设计
• 5.3.1 定时器中断子程序
• 5.3.2 PWM中断子程序
• 5.4 启动程序设计
• 5.4.1 脉冲法检测初始位置子程序
• 5.4.2 三段式法起动子程序
• 5.5 故障检测程序设计
• 6 实验结果与分析
• 6.1 实验调试平台
• 6.2 实验结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢