无刷直流电机振动特性分析与数字控制器设计

摘要

本文以方波无刷直流电机(BLDCM)定子振动特性的有限元分析及高性能数字控制器设计为研究主题。 本文基于有限元分析软件ANSYS建立了BLDCM的二维、三维定子振动分析模型，研究了定子底座、散热筋等结构及铁芯的几何参数对定子振动模态及固有频率的影响，为在设计阶段了解BLDCM的振动特性打下了基础。 本文进行了基于MATLABSIMULINK/PSB的BLDCM建模和仿真研究，为控制算法研究建立了良好的软件平台。在理论分析和仿真研究的基础上，本文采用PI控制算法，进行了基于TI公司专门为电机控制设计的DSP芯片TMS320LF2407A的无刷直流电机直接数字控制系统的软硬件设计，并进行了系统运行和实验结果分析。 本文的研究工作对进一步开展方波无刷直流电机振动特性研究及低振动高性能BLDCM调速系统设计开发有积极意义。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1无刷直流电机的发展现状

1.2当前方波无刷直流电机研究热点

1.3选题意义

1.4本文主要工作

第二章 无刷直流电机工作原理与模型的仿真研究

2.1引言

2.2无刷直流电机系统基本结构

2.3无刷直流电机工作原理

2.4无刷直流电机基本方程

2.5数学模型

2.6基于SIMULINK/PSB无刷直流电机系统模型仿真研究

2.6.1引言

2.6.2无刷直流电机系统整体建模

2.6.3无刷直流电机系统子系统模型

2.7仿真结果

2.8电流波形的FFT分析

2.9本章小结

第三章 定子结构和参数对BLDCM振动特性影响的研究

3.1引言

3.2定子底座对BLDCM振动特性的影响

3.2.1研究底座影响的2D和3D有限元分析模型的建立

3.2.2底座对振动特性影响的有限元分析

3.3散热筋对BLDCM振动特性的影响

3.3.1研究散热筋影响的2D和3D有限元模型的建立

3.3.2散热筋对振动特性影响的有限元分析

3.4定子叠长变化对BLDCM模态的影响

3.5极弧变化对定子振动模态的影响

3.6定子铁芯轭厚变化对定子模态的影响

3.7本章小结

第四章 BLDCM数字控制器的硬件设计

4.1引言

4.2控制器核心TMS320LF2407A的介绍

4.2.1 DSP的内核特点

4.2.2 TMS320LF2407A

4.3 BLDCM数字控制器硬件设计

4.4控制电路板系统

4.4.1电压转换电路

4.4.2外部仿真存储器扩展

4.4.3最小系统电路图

4.5三相全桥逆变电路及其功率驱动电路

4.5.1主电路拓扑结构及其驱动电路

4.5.2自举电容和快速二极管的选取

4.5.3说明

4.6接口电路的设计

4.6.1位置信号的检测

4.6.2 PWM电平转换电路

4.7本章小结

第五章 BLDCM数字控制器的软件设计

5.1软件设计部分概述

5.2主程序

5.3模块子程序

5.3.1位置捕获中断服务子程序

5.3.2速度信号的检测

5.3.3 PWM生成程序

5.3.4 PI调节过程

5.4软件抗干扰技术

5.5实验结果与分析

5.5.1系统调试体会

5.5.2实验结果

5.6本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致 谢