无刷直流电动机运动控制系统的设计

摘要

无刷直流电动机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化电机，是现代电子技术、控制理论和电机技术相结合的产物，既具有直流电机结构简单，运行可靠，维护方便等一系列优点，还具备交流电机运行效率高，无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，现已广泛应用于工业控制的各个领域。无刷直流电动机采用反电动势法检测转子的位置，不仅减少了因转子位置传感器而增加的额外费用，而且减少了系统的体积，并大大的提高了系统的可靠性。 本文在对永磁无刷直流电动机控制系统的发展及应用综述的基础上，详细的介绍了无刷直流电动机的结构和工作原理，给出了其数学模型，并重点分析了无位置传感器控制技术中最常用的转子位置检测方法——反电势法的工作原理，设计出了反电动势法的实现电路，对转子检测方法的误差原因进行分析。 接着对无刷直流电动机控制系统的硬、软件设计作了详细论述。以TI公司的TMS320LF2407芯片为控制核心，设计了无刷直流电动机控制器的硬件电路部分；给出反电动势过零点，三相绕组相电流，转子位置，速度等检测电路；并以IR2130作为驱动芯片设计了无刷直流电动机的驱动电路。系统的软件设计中，主要包括DSP事件管理器初始化程序、开环起动程序、换相子程序、ADC中断服务程序等，来实现输出PWM信号、开环起动、换向控制、电流、速度和位置控制等功能。 最后运用MATLAB/SIMULINK建立了无位置传感器无刷直流电动机控制系统仿真模型，对反电动势过零检测法进行了仿真研究，给出了转速、转矩、反电动势的仿真波形，仿真模型的仿真结果与理论分析结果的一致性，验证了控制系统设计的合理性和反电动势过零检测法的有效性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.1.1课题研究背景

1.1.2课题研究的目的和意义

1.2无刷直流电动机的发展状况

1.2.1国内外无刷直流电动机的发展现状

1.2.2无刷直流电动机控制技术的发展

1.3论文主要内容

第2章反电动势法转子位置检测的工作原理

2.1无刷直流电动机工作原理

2.1.1无刷直流电动机基本组成环节

2.1.2无刷直流电动机基本工作原理

2.2无刷直流电动机的数学模型

2.3无刷直流电动机反电动势法检测原理

2.3.1无刷直流电动机反电动势

2.3.2无刷直流电动机反电动势检测原理

2.4本章小结

第3章无位置传感器直流无刷电动机控制方案设计

3.1无刷直流电动机的控制器选择

3.2无位置传感器直流无刷电动机转子位置检测方法

3.3无位置传感器无刷直流电动机起动方法的选择

3.4无刷直流电动机三闭环控制系统

3.5总体设计方案

3.6本章小结

第4章基于TMS320LF2407的控制系统硬件设计

4.1前言

4.2 DSP芯片TMS320LF2407概述

4.3 DSP芯片TMS320LF2407外围电路

4.3.1 DSP供电电源解决方案

4.3.2逻辑接口设计

4.3.3 JTAG程序下载接口

4.3.4存储器扩展电路

4.4检测电路设计

4.4.1转子位置检测电路的设计

4.4.2相电流检测电路的设计

4.4.3转速检测

4.4.4位置检测

4.5主电路

4.5.1功率器件的选择

4.5.2主电路

4.6驱动电路

4.6.1驱动芯片IR2130

4.6.2驱动电路设计

4.6.3保护电路

4.7分布式控制单元设计

4.8本章小结

第5章控制系统软件设计

5.1主程序

5.2电动机开环启动子程序

5.3换相子程序

5.3.1 PWM信号产生

5.3.2开关管的控制方式

5.4 ADC中断子程序

5.5本章小结

第6章无位置传感器无刷直流电动机仿真

6.1 MATLAB/SIMULINK软件简介

6.2基于MATLAB/SIMULINK直流无刷电机仿真模型建立

6.2.1电机本体

6.2.2转矩、转速测量模块

6.2.3逆变模块及换相逻辑模块

6.2.4无刷直流电机控制系统控制模块

6.2.5参考电流模块

6.3仿真试验及结果

6.4本章小结

第7章总结与展望

7.1总结

7.2进一步工作展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢