无刷直流电动机控制系统的研究与设计

论文摘要

直流电动机具有优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的启动转矩等优点,但普通的直流电动机的电刷和换向器因强迫性接触,造成可靠性差,需要经常维护,且产生火花、噪声等。无刷直流电动机用电子换相电路代替机械电刷,解决了这一系列的问题,其应用领域从最初的军事工业,向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域不断扩展。论文在了解国内外无刷直流电动机控制系统的技术现状和发展趋势的基础上,研究设计了一种无刷直流电动机控制系统。论文根据无刷直流电动机控制系统的具体要求,比较了各种控制方案,进行了整体设计。在总体设计框架下,采用了模块化设计方法,对硬、软件进行设计。在硬件设计方面,详细分析了控制模块、驱动模块、检测模块、电源模块的设计要求、原理和实现方法,并将它们搭建成一个硬件系统。在软件设计方面,阐述了检测与保护模块、电子换向模块、PWM脉冲波模块的功能和程序流程。论文重点分析了电子换向模块的原理和结构,并设计出相应软件。系统采用传统PI控制策略和模糊控制相结合的办法,在分析模糊控制的原理和结构之后,进行了模糊PI控制器设计,提高了系统的稳定性和适应性。论文完成了设计要求,实现了设定功能,并成功将无刷直流电动机控制系统应用于货车升降装置和阀门电动执行装置。工程应用的实践表明,该无刷直流电动机控制系统工作稳定,达到了方便、快速、精确地控制电机的效果。论文的研究成果对无刷直流电动机的数字化与智能控制发展具有较高的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无刷直流电动机控制系统国内外发展情况
• 1.3 无刷直流电动机的特点
• 1.4 无刷直流电动机的基本结构
• 1.4.1 电动机本体
• 1.4.2 转子位置检测
• 1.4.3 电子换向电路
• 1.5 论文主要研究内容和章节安排
• 第2章 无刷直流电动机控制系统总体设计
• 2.1 控制系统设计要求
• 2.2 控制系统总体结构
• 2.3 控制系统总体设计
• 2.3.1 控制部分总体设计
• 2.3.2 驱动部分总体设计
• 第3章 无刷直流电动机控制系统硬件设计
• 3.1 硬件设计概述
• 3.1.1 硬件设计原则
• 3.1.2 硬件设计流程
• 3.1.3 硬件设计环境
• 3.1.4 硬件抗干扰技术
• 3.2 控制模块设计
• 3.2.1 主控芯片ATmega16
• 3.2.2 控制模块具体实现
• 3.3 驱动模块设计
• 3.4 检测模块设计
• 3.4.1 速度给定值检测
• 3.4.2 电源电压检测
• 3.4.3 电动机电流检测
• 3.5 电源模块设计
• 第4章 无刷直流电动机控制系统软件设计
• 4.1 软件开发概述
• 4.1.1 软件开发环境
• 4.1.2 软件抗干扰技术
• 4.1.3 软件结构与功能
• 4.2 检测与保护模块设计
• 4.2.1 信号检测模块
• 4.2.2 电机驱动保护模块
• 4.3 电子换向模块设计
• 4.3.1 电子换向模块工作原理
• 4.3.2 低损耗PWM 控制策略
• 4.3.3 电子换向模块实现
• 4.4 PWM 脉冲波模块设计
• 4.4.1 速度环控制
• 4.4.2 模糊PI 调节
• 4.4.3 电流控制
• 4.4.4 PWM 脉冲波控制
• 第5章 无刷直流电动机控制系统的模糊PI 控制
• 5.1 模糊控制简介
• 5.1.1 模糊控制概况
• 5.1.2 模糊控制的基本原理
• 5.2 模糊PI 控制算法原理
• 5.3 模糊PI 控制算法设计
• 5.4 模糊PI 控制的实验结果
• 第6章 无刷直流电动机控制系统的应用
• 6.1 货车升降装置应用
• 6.1.1 货车升降装置概述
• 6.1.2 货车升降装置控制系统设计
• 6.2 阀门电动执行装置应用
• 6.2.1 电动执行装置背景介绍
• 6.2.2 阀门电动执行装置控制系统设计
• 6.2.3 阀门电动执行装置调速控制
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录