基于DSP的直流无刷电机控制系统研究

论文摘要

直流无刷电动机(BLDCM)控制系统是一种新型的调速系统。该系统具有良好的运行、控制及经济性能,显示出巨大的发展潜力。本文以无刷直流电动机为控制对象,应用DSP为微处理器进行了无刷直流电动机控制系统的软硬件设计。无刷直流电动机控制系统是具有数字化特点的电动机控制系统。通过数字信号处理器与相关模拟电路的组合,实现对电机控制的数字化处理。设计与实现了基于DSP(TMS320LF2407A)的转速和电流双闭环无刷直流电动机控制系统。分析了模糊PID控制理论在直流无刷电机控制系统上的应用,并进行了PID参数自适应整定的仿真。模糊PID控制器具有可根据被控制对象的当前状态在线调整控制器自身三参数KP,KI,KD的能力,可满足无刷直流电动机工况变化的要求。系统硬件设计采用以TMS320LF2407A为处理器,采用智能功率模块(IPM)PS22056作为逆变器的主开关器件的全桥电路,并采用光耦对其驱动。设计了电流、电压信号和基于反电势法的检测电路,同时设计了必要的保护电路。整个系统的硬件设计采取了很多EMC措施,采用控制电路与驱动电路分两块PCB板的设计方法,增强了系统的可靠性。系统软件采用模块化的基本思想进行设计。整个控制系统软件采用主程序、服务子程序和中断子程序所组成。主程序完成芯片初始化、变量的初始化等。服务子程序完成A/D转换、位置信号捕捉、PWM信号产生等。整个控制系统充分利用DSP的片上资源以及其高效的数据处理能力,省去了以往设计中复杂的硬件电路,简化了系统的硬件结构。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 直流无刷电机的研究与发展现状
• 1.2.1 直流无刷电机本体结构的研究
• 1.2.2 直流无刷电机控制方法研究现状
• 1.2.3 直流无刷电机的应用
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 直流无刷电机的结构原理和数学模型
• 2.1 直流无刷电机的基本结构
• 2.1.1 直流无刷电机的本体结构
• 2.1.2 直流无刷电机的电子换相电路
• 2.1.3 直流无刷电机的转子位置检测电路
• 2.2 直流无刷电机的工作原理
• 2.3 直流无刷电机的数学模型
• 2.3.1 三相平衡电压方程
• 2.3.2 电势方程
• 2.3.3 电磁转矩方程
• 2.3.4 机械运动方程
• 2.3.5 机械特性
• 2.4 本章小结
• 第3章 无位置传感器直流无刷电机控制方法研究
• 3.1 无位置传感器直流无刷电机转子位置检测
• 3.1.1 反电势法
• 3.1.2 电感法
• 3.1.3 磁链观测法
• 3.1.4 神经网络（ANN）法
• 3.2 无位置传感器直流无刷电机的起动方法
• 3.2.1 起动方法研究现状
• 3.2.2 起动过程分析
• 3.3 无刷直流电机换相转矩脉动的分析
• 3.3.1 无刷直流电机系统转矩脉动的原因
• 3.3.2 无刷直流电机换相转矩脉动产生的机理
• 3.3.3 无刷直流电机换相转矩脉动的抑制
• 3.4 本章小结
• 第4章 模糊自适应整定-PID控制器设计
• 4.1 模糊控制的基本原理
• 4.2 模糊控制器的设计步骤
• 4.3 自整定模糊-PID控制器的结构
• 4.4 自整定模糊-PID控制器的设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 直流无刷电动机控制系统的硬件设计
• 5.1 硬件电路的整体设计
• 5.2 DSP及其外围电路模块设计
• 5.2.1 DSP的结构和特点
• 5.2.2 电源电路的设计
• 5.2.3 JTAG接口及外扩存储器电路
• 5.2.4 通讯接口电路的设计
• 5.3 IPM功率变换器及其驱动电路
• 5.3.1 IPM功率模块的特点
• 5.3.2 IPM功率模块的选择
• 5.3.3 IPM功率模块及其外围电路
• 5.4 系统检测、保护电路
• 5.4.1 相电压检测电路
• 5.4.2 相电流检测电路
• 5.4.3 位置信号检测电路
• 5.4.4 故障检测和保护电路
• 5.5 系统硬件采用的抗干扰措施
• 5.6 本章小结
• 第6章 直流无刷电动机控制系统的软件设计
• 6.1 DSP软硬件开发工具
• 6.2 主程序设计
• 6.3 捕捉中断子程序设计
• 6.4 PWM生成子程序设计
• 6.5 ADC转换子程序设计
• 6.6 本章小结
• 第7章 实验结果分析
• 7.1 实验系统
• 7.2 实验结果及分析
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢