无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计

论文摘要

电力电子技术、电机技术、控制器技术的发展为机电一体化产业的进步提供强大的动力。与经常应用在电机控制中的有刷电机相比,MCU控制的无刷直流电机(BLDCM)消除了电刷磨损和换相器弧形机构,提高了控制系统的稳定性和寿命,电力电子器件的应用大大减小了控制系统的体积,使得这种控制结构在工业和民用中得到广泛应用并在伺服领域呈现良好的应用前景。本文先简述了无刷直流电机的转子位置器检查方法;然后论述了反电动势过零点检测原理和算法以及该算法的软件实现、软件滤波和相移修正、换相点的软件实现;最后对软件开环换相起动策略作了详细论述。接下来对数字控制系统的硬、软件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计的论述;然后论述了几个主要的电路设计,重点论述了一些重要电子元器件及其参数的选择。软件部分首先论述了整体设计;接着详细论述了软件实现方面的几个问题并且论述了几个主要子程序的设计;最后给出了数字控制系统的整体控制策略。实验结果表明,本设计提出的基于DSP的无刷直流电机控制系统具有良好的调速性能,该控制系统起动快速、稳定,具有较宽的调速范围。尤其采用DSP控制芯片后,不仅简化了系统外围设备,降低了系统的功耗,而且提高了系统的准确性和实时性,获得了更好的控制效果,具有广泛的应用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 无刷直流电动机的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究的发展历程、现状和趋势
• 1.3 无刷直流电动机的应用
• 1.4 本章小结
• 2 无刷直流电动机的组成及工作原理
• 2.1 无刷直流电动机的组成
• 2.2 工作原理
• 2.3 无刷直流电动机的数学模型及相关公式
• 2.4 无刷直流电动机转矩脉动的分析及其抑制
• 2.4.1 无刷直流电动机的转矩特性
• 2.4.2 其它因素引起的转矩脉动分析
• 2.4.3 转矩脉动的消除
• 2.5 无刷直流电动机的Simulink仿真
• 2.5.1 搭建MATLAB仿真模型
• 2.5.2 实例仿真及结果
• 2.6 本章小结
• 3 系统关键芯片简介
• 3.1 电动机控制专用DSP——TMS320LF2407
• 3.1.1 数字信号处理器（DSP）概述
• 3.1.2 DSP芯片发展
• 3.1.3 TMS320LF2407 DSP控制器的结构及特性
• 3.1.4 中央处理单元（CPU）
• 3.1.5 程序控制
• 3.1.6 事件管理器模块
• 3.1.7 采用TMS320LF2407 的优点
• 3.2 MOSFET功率驱动芯片——IR2130
• 3.2.1 IR2130 的简介
• 3.2.2 IR2130 使用注意事项
• 3.3 本章小结
• 4 无位置传感器直流无刷电动机的总体设计方案
• 4.1 无刷直流电动机的位置检测
• 4.2 无刷直流电动机反电动势过零点检测法
• 4.3 反电动势过零点检测中的相位移及其修正
• 4.3.1 反电动势检测电路
• 4.3.2 相位补偿
• 4.4 起动方法分析和比较
• 4.5 控制方法的确定
• 4.5.1 转速、电流双闭环控制
• 4.5.2 PID转速控制器的工作原理
• 4.5.3 双闭环调速系统的设计
• 4.6 PWM脉宽调制电路
• 4.7 本章小结
• 5 数字控制系统硬件技术
• 5.1 控制系统总体硬件结构
• 5.2 逆变电路设计
• 5.3 功率驱动电路设计
• 5.4 驱动保护电路设计
• 5.5 电流、端电压检测电路设计
• 5.5.1 端电压检测电路
• 5.5.2 电流检测电路
• 5.6 光耦隔离电路
• 5.7 DSP与外部存储器的接口电路设计
• 5.8 本章小结
• 6 系统软件技术
• 6.1 软件开发环境的介绍
• 6.1.1 C编译器概述
• 6.1.2 定点DSP的浮点规则
• 6.2 控制系统软件总体结构设计
• 6.2.1 电动机起动子程序
• 6.2.2 换相子程序
• 6.2.3 ADC中断服务子程序
• 6.2.4 反电动势电动运行子程序
• 6.2.5 速度、电流调节子程序
• 6.3 本章小结
• 7 实验结果
• 8 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录