无刷直流电动机数字控制系统的研究

摘要

传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的无刷直流电机具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高、无励磁损耗，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多特点，故在当今国民经济各个领域的应用日益普及。 本文设计了基于DSPTMS320LF2407A芯片的永磁无刷直流电动机的控制系统，将模糊控制与PI控制两者结合起来，提出了一种基于DSP的无刷直流电动机模糊PI控制，使无刷直流电动机的控制系统既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PI控制精度高的特点，能明显改善系统的静态和动态性能，有较好的控制结果，并给出了仿真结果。 本文的主要研究工作包括以下几个方面： 从电机本体和控制角度出发，阐述了无刷直流电机在实际应用中存在的电磁转矩脉动以及无传感器转子位置检测问题，并分析了解决方法。 其次，本文对无刷直流电动机的工作原理进行了分析，建立了三相无刷直流电动机的数学模型，提出了模糊PI控制器实现对无刷直流电动机调速系统进行设计，并利用MATLAB/SIMULINK建立了三相无刷直流电动机的控制系统仿真模型。 最后，以TI公司生产的TMS320LF2407A数字信号处理器作为整个控制电路的核心芯片提出了无刷直流电动机控制系统的软硬件设计方案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2无刷直流电动机各组成部分发展情况

1.2.1电动机本体

1.2.2电子换相电路

1.2.3转子位置检测电路

1.3无刷直流电动机的控制策略简介

1.4本课题研究的意义

1.5内容安排

第二章无刷直流电动机原理及问题分析

2.1永磁无刷直流电动机的基本组成及工作原理

2.1.1永磁无刷直流电动机的基本组成

2.1.2永磁无刷直流电动机的工作原理

2.2无刷直流电动机数学模型

2.3无刷直流电动机问题分析

2.3.1转矩脉动

2.3.2无位置传感器的转子位置检测

2.4本章小结

第三章无刷直流电动机模糊控制策略

3.1模糊控制的发展和基本理论

3.1.1模糊控制的发展

3.1.2模糊控制的基本理论

3.2基于自适应模糊控制的无刷直流电动机

3.2.1模糊PI控制

3.2.2模糊控制器的设计

3.2.3自适应机构的设计

3.3本章小节

第四章无刷直流电动机控制系统的仿真分析

4.1动态仿真工具SIMULINK简介

4.2调速系统的仿真模型

4.2.1逆变器模块

4.2.2机械部分模块

4.2.3转矩测量模块

4.2.4电流调节器PWM功能模块

4.3仿真结果

4.4本章小结

第五章基于DSP的控制系统硬件设计

5.1 DSP(数字信号处理器)简介

5.1.1 DSP的特点

5.1.2 TMS320LF2407A DSP的结构及其特点

5.1.3事件管理器模块

5.1.4片内外设

5.2系统总体方案设计

5.2.1电动机驱动电路

5.2.2信号检测电路

5.2.3无刷直流电机速度给定电路

5.2.4保护电路

5.3控制系统软件设计

5.3.1控制系统的软件的总体要求

5.3.2程序设计和实现

5.3.3软件可靠性设计

5.4实验结果分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢