基于ARM的三相交流异步电动机调速系统研究

摘要

现阶段低碳经济、节能环保成为了成为社会的主题,在电能的消耗方面,电动机占很大比重。实时调节电动机的转速,减少电动机的能量消耗,开发一种高性能,高稳定性、高精度的调速系统是当前电动机控制领域的热门研究课题。
　　 本课题研究了国内、国外的调速方法,对于控制芯片、功率驱动器件也做了相应的研究。选择以S3C2410为CPU,三相异步电机为研究对象,采用直接转矩控制为调速方案。设计了三相异步电动机控制系统的驱动电路和控制电路,并编写了相应的程序,并结合嵌入式技术、实时操作系统技术、图形界面技术,利用GEC2410开发平台在Linux和QT的多任务程序运行、实时处理及人机交互并结合直接转矩控制原理,最终达到调速的目的。
　　 本控制系统的设计过程,主要内容如下:
　　 (1)主要介绍了电动机的发展和分类,交流调速系统的发展、ARM处理器在电动机控制中的应用,调速的基本类型,经过控制方案比较,给出了相应的技术路线。
　　 (2)从三相异步电动机的结构、工作原理、数学模型、转矩特性和机械特性,直接转矩控制的理论基础等方面做了介绍。
　　 (3)对GEC2410的板载资源和所用开发软件ADS1.2简要说明。
　　 (4)介绍了控制系统的硬件设计包括功率驱动器件和开关器件的选择,缓冲电路、滤波电路、速度反馈电路等,最后给出了抗干扰技术在本系统中的应用。
　　 (5)系统软件的开发,采用C/C++和汇编语言设计包括初始化程序、PWM程序、速度控制程序等,在图形界面开发时,应用QT开发控制界面的人机接口。
　　 (6)总结本课题的设计过程和所做工作中存在的问题,并给出了意见和下一步工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 概述

1.1 本课题的背景及研究意义

1.1.1 电动机的发展、分类与调速意义

1.1.2 交流调速控制系统的发展概况

1.1.3 ARM处理器简介及其在电动机控制系统中的应用

1.1.4 异步电动机调速系统的基本类型

1.2 控制系统方案比较

1.2.1 恒压频比控制

1.2.2 矢量控制

1.2.3 直接转矩控制

1.3 本课题主要研究内容与技术路线

1.3.1 本课题主要研究内容如下:

1.3.2 课题研究的技术路线

1.4 本课题创新点

第二章 三相交流异步电动机的控制基础

2.1 三相交流异步电动机的结构

2.2 三相交流异步电动机的工作原理

2.2.1 旋转磁场的产生

2.2.2 三相交流异步电动机的极数与转速

2.2.3 转差率

2.3 三相交流异步电机的转矩特性与机械特性

2.3.1 电磁转矩(简称转矩)

2.3.2 机械特性曲线

2.4 三相交流异步电机的调速技术

2.4.1 三相交流异步电动机的调速原理

2.4.2 直接转矩控制的理论基础

2.6 本章小结

第三章 GEC2410及调试环境简介

3.1 目标板结构

3.2 嵌入式微处理器S3C2410

3.2.1 地址空间分配以及片选信号定义

3.2.2 ARM体系结构

3.3 ARM集成开发环境

3.4 本章小结

第四章 交流调速系统硬件设计

4.1 主回路设计

4.2 逆变电路的设计

4.2.1 功率半导体开关器件的选择

4.2.2 缓冲电路设计

4.2.3 滤波电路设计

4.2.4 速度检测电路的构成

4.2.5 功率晶体管驱动电路

4.3 基于ARM的控制系统外围配置

4.4 硬件电路的抗干扰设计

4.5 本章小结

第五章 三相交流异步电动机控制系统软件设计

5.1 嵌入式操作系统的选择

5.2 嵌入式软件开发概述

5.3 开发环境安装和LINUX移植

5.3.1 开发环境安装

5.3.2 Linux移植

5.4 系统的启动代码和引导程序BOOTLOADER

5.4.1 引导程序Bootloader

5.4.2 启动代码

5.5 看门狗定时器

5.6 电机的驱动

5.6.1 PWM TIMER结构

5.6.2 基于ARM的PWM相关寄存器

5.6.3 PWM(脉宽调制)

5.6.4 死区发生器

5.7 系统软件设计

5.8 触摸屏的驱动

5.9 基于QT的界面设计

5.9.1 QT简介

5.9.2 Qt/Embedded开发环境的安装

5.9.3 信号与插槽

5.9.4 Qt图形设计

5.9.5 嵌入式图形开发

5.9.6 Embeded应用到GEC2410

5.10 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢