基于DSP的无刷直流电机控制系统研究

论文摘要

永无刷直流电机是近年来迅速发展起来的一种新型电机,它利用电子换相代替机械换相,既具有直流电动机的调速性能,又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。而且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛的运用。本文正是基于这一考虑,对无刷直流电动机的控制技术与控制方法进行研究。本文详尽介绍了无刷直流电机的基本组成环节、基本工作原理,并在此基础上对无刷直流电机的调速方法进行了分析和研究。讨论了用美国TI公司的32位定点DSP控制器TMS320LF2812作为控制器的可行性。详细讨论了基于DSP技术的霍尔位置信号检测原理和换相控制原理,并分析了单电阻电流检测方法。根据系统设计方案研究了硬件电路的具体结构和实现方法,详细讨论了DSP外围电路设计,利用74LVTH16245及CBT3384设计了DSP的接口电路,选用智能功率模块IPM（Intelligent Power Module）作为系统的功率开关元件,使用光电隔离接口芯片HPCL-4504设计了IPM的驱动单元同时实现了控制系统与主回路的隔离,使系统的运行更加安全,可靠。同时以硬件电路为基础进行了系统软件的设计并对各软件模块进行了详细的分析。最后讲述了系统的调试过程并给出了样机运行的实验结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无刷直流电动机的发展
• 1.2 无刷直流电机的特点及应用
• 1.2.1 无刷直流电机的特点
• 1.2.2 无刷直流电动机的应用
• 1.3 无刷直流电动机控制器和功率半导体器件的发展
• 1.3.1 无刷直流电动机控制器的发展
• 1.3.2 功率半导体器件的发展
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 无刷直流电机原理
• 2.1 无刷直流电动机的基本结构及运行原理
• 2.1.1 无刷直流电动机的基本组成环节
• 2.1.2 无刷直流电动机的运行原理
• 2.2 无刷直流电机的调速
• 2.2.1 调速方法选择
• 2.2.2 调速控制策略
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于DSP的控制系统设计原理
• 3.1 电机控制专用DSP
• 3.1.1 数字信号处理器原理
• 3.1.2 TMS320F2812的主要特点
• 3.1.3 事件管理器
• 3.1.4 PWM波形产生
• 3.1.5 模拟/数字转换器模块
• 3.2 基于DSP的无刷直流电机控制方案
• 3.2.1 电机转子位置的检测
• 3.2.2 电机相电流的检测
• 3.2.3 参考速度的输入和速度的测量
• 3.2.4 电流误差和速度误差的调节
• 3.2.5 功率管的换向与驱动
• 3.3 系统控制算法
• 3.3.1 PID控制原理
• 3.3.2 数字PID控制算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 控制系统硬件电路设计
• 4.1 总体硬件结构
• 4.2 系统功率变换器的设计
• 4.2.1 功率变换器中开关元件的选择
• 4.2.2 功率器件接口电路设计
• 4.3 系统检测电路设计
• 4.3.1 电流、电压检测电路设计
• 4.3.2 电机位置检测电路设计
• 4.4 电机监控电路设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 控制系统的软件设计
• 5.1 DSP软件开发基础知识
• 5.1.1 DSP集成开发环境介绍
• 5.1.2 通用目标文件格式
• 5.2 系统软件总体结构及设计
• 5.2.1 系统软件总体结构
• 5.2.2 系统主程序
• 5.2.3 电流的检测和计算
• 5.2.4 位置检测和速度计算
• 5.3 本章小结
• 第6章 系统调试和运行
• 6.1 系统的硬件调试
• 6.1.1 电机位置检测电路测试
• 6.1.2 IPM驱动电路及IPM输出检测
• 6.1.3 电流、电压检测电路测试
• 6.1.4 LED显示及键盘控制调试
• 6.2 系统运行状态检测
• 6.3 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