基于DSP的无刷直流电动机调速系统的研究

论文摘要

无刷直流电动机是一种新型的无级变速电动机，其结构简单、维护方便、运行效率高且调速性能优异，在许多应用场合已取代其它种类的电动机。因此，对无刷直流电动机进行进一步的研究已成为电机工程界的一个热点，具有广阔的市场前景。本文以三相四极无刷直流电动机为研究对象，设计了一套基于TMS320F2812 DSP的无刷直流电动机的闭环调速系统。首先介绍了无刷直流电动机的发展历史、特点和主要研究方向；论述了无刷直流电动机调速系统的基本组成、工作原理、数学模型和常用控制策略。然后对调速系统的软硬件整体方案进行设计。其中在系统的硬件设计部分，首先给出了硬件电路总体设计方案，然后设计了几个主要电路，包括DSP外围电路、功率驱动电路、检测电路、系统保护电路；在系统的软件设计部分，首先给出了软件部分要实现的功能，然后设计了整个系统的软件程序，包括下位机和上位机程序。下位机软件利用开发工具CCS3.3完成系统各模块子程序。系统控制软件程序采用模块化编程的方法，增强了程序的可读性和灵活性。上位机程序是利用MATLAB7.6面向对象编程的优点，实现了采用参数自整定模糊PID控制和增量式PID控制的速度启动曲线的绘制。同时提出了一种利用Matlab下的Embedded Target for the TI C2000(ETTIC2000)直接从仿真模型生成应用于DSP的高效代码的方法，并进行了初步验证。最后借助强大的Matalb/Simulink搭建了模糊PID控制系统仿真模型，仿真结果表明仿真建模是可行的。在对硬件和软件部分进行设计后，进行了控制系统的实验，实验结果表明系统设计合理，参数自整定模糊PID控制优于传统PID控制，并且前者具有响应速度更快、超调更小、稳定性和跟踪性更好的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无刷直流电动机的发展历程
• 1.3 无刷直流电动机的研究现状
• 1.4 本文的主要内容及章节安排
• 2 无刷直流电动机的基本结构和运行原理
• 2.1 无刷直流电动机驱动系统的基本结构
• 2.2 无刷直流电动机的特点
• 2.3 无刷直流电动机的工作原理
• 2.4 无刷直流电动机的数学模型
• 2.5 无刷直流电动机的基本方程
• 2.5.1 矩阵方程及等效电路模型
• 2.5.2 电磁转矩方程
• 2.5.3 运动方程
• 2.6 无刷直流电动机的调速策略
• 2.6.1 调速方法的选择
• 2.6.2 调速算法的研究
• 2.6.3 控制方案的选择
• 2.7 本章小结
• 3 无刷直流电动机调速系统硬件设计
• 3.1 硬件控制电路总体设计
• 3.2 DSP 控制电路
• 3.2.1 TMS320F2812 DSP 功能实现
• 3.2.2 串行通信接口电路的设计
• 3.2.3 按键电路的设计
• 3.3 功率变换模块的设计
• 3.3.1 功率管的选取
• 3.3.2 驱动电路的设计
• 3.4 检测电路模块的设计
• 3.4.1 位置信号检测电路的设计
• 3.4.2 电流检测电路的设计
• 3.4.3 母线电压检测电路的设计
• 3.5 系统保护电路模块的设计
• 3.5.1 隔离电路的设计
• 3.5.2 功率驱动保护电路的设计
• 3.6 硬件电路的调试
• 3.7 本章小结
• 4 无刷直流电动机调速系统软件设计
• 4.1 系统软件设计概述
• 4.2 主程序模块
• 4.3 中断子程序模块
• 4.3.1 捕获中断子程序
• 4.3.2 定时器中断子程序
• 4. 4 闭环控制算法调节子程序
• 4.4.1 PID 控制算法
• 4.4.2 模糊PID 控制算法
• 4.5 上位机程序设计
• 4.5.1 串口对象使用步骤
• 4.5.2 串口中断设置及回调函数
• 4.5.3 图形的绘制
• 4.5.4 上位机与下位机的通信
• 4.6 软件程序的调试
• 4.7 现代DSP 软件设计方法
• 4.7.1 开发工具及开发流程
• 4.7.2 无刷直流电动机实时仿真模型的建立
• 4.8 本章小结
• 5 系统仿真与实验分析
• 5.1 系统建模与仿真
• 5.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢