基于DSP的无刷直流电动机数字控制系统

摘要

无刷直流电动机(BLDCM)因为具有良好的性能、控制方便和高的性价比等优点,所以一直得到很广泛的应用.该文对基于DSP的永磁无刷直流电动机的无传感器控制系统的硬件和软件进行了研究与设计,提出了基于TMS320F240DSP的永磁无刷直流电动机反电势法无传感器控制的控制方案.文中首先综述了目前国内外交流电机控制的发展概况及趋势,简要介绍了永磁无刷直流电动机的控制策略、组成原理和TMS32DF240DSP的结构和特点.接下来,在无传感器控制方案中,在分析目前使用无刷直流电动机无传感器控制的各种方法的优势及缺陷的基础上,结合TMS320F240DSP适用于电机数字化控制的功能,提出了无刷直流电动机的无传感器控制的具体实现方案.在系统的硬件设计中,设计了以TMS320F240数字信号处理器为核心处理器的最小系统,包括电源管理、外扩RAM、ROM、键盘/显示和DSP等部分.逆变桥由六个晶闸管组成,并采用高速光耦对其驱动.同时也设计了信号采集电路,用于测量控制系统所需的三个定子端电压信号和相电流反馈信号.整个系统硬件结构紧凑.在系统的软件设计中,主要完成了电动机的起动及无传感器速度闭环控制两大功能.用DSP成功实现PWM输出信号、信号采集及移相控制等功能.通过该课题的研究,得出如下结论:①TMS320F240DSP具有丰富的片内、片外资源及其高效的运算处理能力.在端电压采样中,不需要采用硬件滤波,而是采用软件滤波,同时反电势过零点的测定及过零点后移相30°等的处理都由软件实现,省去了以往硬件设计时复杂的硬件电路,大大简化了系统的硬件结构.②反电势法无传感器控制简单实用,但存在不少的问题,该文针对反电势法存在的问题做了一定的改进性设计.③充分利用DSP高速的运算能力,在不需要另加测速电路的情况下,软件计算电机的在转速度,然后根据在转速度,调节PWM波的占空比,很方便实现电机的调速,达到电机无传感器的控制.

目录

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第1章绪论

1.1引言

1.2永磁无刷直流电动机的发展

1.3永磁无刷直流电动机的控制策略简介

1.4本文的主要内容

第2章无刷直流电机的结构原理及发展方向

2.1引言

2.2无刷直流电动机的工作原理及数字模型的建立

2.2.1 BLDCM的工作原理

2.2.2 BLDCM的四象限工作过程

2.2.3 BLDCM的数学模型

第3章微处理器TMS320F240 DSP概述

3.1 引言

3.2 DSP的发展及应用

3.3 TMS320F240DSP的特点与结构

3.3.1 TMS320F240 DSP的主要特点

3.3.2 TMS320F240的结构

3.4本系统涉及的主要芯片功能介绍

3.4.1事件管理器(Event Manager Module)

3.4.2通用定时器的计数模式

3.4.3片内外围设备(On-chip Peripheral)

第4章系统总体设计方案

4.1典型无传感器控制方法的分析与比较

4.2基于DSP的无刷直流电动机的数字控制系统研究

4.2.1系统运行方式的确定

4.2.2采样周期的选择

4.2.3无刷直流电机PWM调速控制

4.2.4无刷直流电动机的转子位置检测

4.2.5反电势法无传感器控制算法的设计

4.2.6无刷直流电动机的起动方式

4.2.7无刷直流电动机的速度控制

第5章数字控制系统的结构及硬件电路设计

5.1引言

5.2全数字无刷直流电动机的控制方案设计

5.3系统硬件控制电路设计

5.3.1TMS320F240 DSP最小系统

5.3.2无刷直流电机控制电路

5.3.3键盘显示电路

第6章数字控制系统软件设计

6.1 引言

6.2TMS320F240 DSP软件的特点

6.2.1程序模块化-COFF文件介绍

6.2.2程序模块之间参数的传递

6.2.3 C2XX的编程

6.3系统软件的结构和任务

6.3.1 PWM波形产生模块

6.3.2端电压及相电流的ADC采样模块

6.3.3转子位置估算及换相触发模块

6.3.4系统故障保护

6.3.5永磁无刷直流电动机的起动方式

6.3.6永磁无刷直流电动机的调速

结论

参考文献

致谢

附录A(攻读期间所发表的学术论文目录)