基于DSP的无刷直流电机控制系统设计

论文摘要

无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor,简称BLDCM）控制系统是一种新型的调速系统,具有良好的运行、控制及经济性能,有着巨大的发展潜力。其中无刷直流电机是利用电子换相替代机械换相和电刷,既具有直流电动机良好的调速性能,又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点,在众多领域中得到了广泛的应用。本文从无刷直流电机的结构出发,详细论述其工作原理,利用电机的相变量建立方便、简单的数学模型,并在此基础上分析无刷直流电机的诸多特点。然后分析研究无位置传感器无刷直流电机控制系统的几项关键技术:转子位置检测、启动和PWM控制技术等。最后根据控制系统的要求设计出硬件平台,包括转子位置检测电路、逆变器控制电路、相电流,相电压检测电路、故障逻辑保护电路等。控制系统采用TI公司的7MS320F2812DSP芯片作为系统控制器和模糊PID作为控制算法。对控制系统进行软件系统架构的设计和硬件平台的搭建,借助DSP强大的数据处理能力和丰富的功能模块,省去以往较复杂的硬件电路。在模糊PID控制策略部分,详细讲述了模糊PID控制器的特点并进行分析研究。最后在DSP集成开发环境CCS2（2000）下,采用汇编语言、C/C++语言和模块化编程模式进行项目程序的编写、调试等,各部分简洁明了,便于程序修改,调试和移植。最后对直流电机控制系统进行设计,以常州合泰直流无刷电机57BL01为实验对象进行控制系统调试实验.同时对本文的工作进行了总结和展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 无刷直流电动机控制系统研究现状
• 1.3 课题研究的主要内容及章节安排
• 1.4 本章小结
• 2 无刷直流电动机控制原理及相关技术
• 2.1 无刷直流电动机组成结构
• 2.1.1 电动机本体
• 2.1.2 转子位置传感器
• 2.1.3 电子开关线路
• 2.2 无刷直流电动机的工作原理
• 2.3 无刷直流电动机的数学模型
• 2.3.1 电压方程
• 2.3.2 转矩和机械运动方程
• 2.4 无位置传感器无刷直流电机控制原理和关键技术
• 2.4.1 转子位置检测方法
• 2.4.2 启动方法
• 2.4.3 PWM控制技术
• 2.5 反电势过零点检测和电机启动方法研究
• 2.5.1 反电势检测方法
• 2.5.2 反电势过零点检测方法分析
• 2.5.3 电机的启动技术
• 2.6 本章小结
• 3 PID及模糊PID控制理论及仿真试验
• 3.1 常规数字PID控制
• 3.1.1 PID控制基本原理
• 3.1.2 PID控制器的实现
• 3.1.3 PID控制器参数整定
• 3.1.4 PID控制器的发展与局限性
• 3.2 自适应模糊控制
• 3.3 模糊PID控制
• 3.3.1 模糊PID控制基本原理
• 3.3.2 模糊PID控制器的设计
• 3.4 无刷直流电机仿真模型的搭建
• 3.4.1 BLDC仿真模型搭建
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 4 基于DSP的控制系统硬件平台设计
• 4.1 直流无刷电动机控制硬件平台总体设计
• 4.1.1 DSP控制子系统整体介绍
• 4.1.2 控制系统基本配置
• 4.1.3 电机控制接口
• 4.2 TMS320F2812控制处理器的特点
• 4.2.1 数字处理器概述
• 4.2.2 事件管理器模块
• 4.2.3 片上外设
• 4.3 全控型功率驱动电路
• 4.3.1 驱动集成电路IR2136
• 4.3.2 隔离电路
• 4.4 检测电路
• 4.4.1 转子位置检测电路
• 4.4.2 信号检测及接口电路设计
• 4.4.3 功率驱动保护电路
• 4.4.4 电源电路
• 4.5 硬件平台可靠性设计
• 4.6 本章小结
• 5 控制系统软件设计
• 5.1 DSP程序设计
• 5.2 系统软件总体结构及设计
• 5.2.1 主程序模块
• 5.2.2 中断服务程序模块
• 5.3 控制算法的实现
• 5.3.1 电机的转速
• 5.3.2 模糊PID算法流程
• 5.4 本章小结
• 6 实验结论
• 6.1 试验结果及调试
• 6.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 电机控制原理图
• 附录B 电机技术指标
• 附录C 隶属度函数的实现
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢