永磁无刷直流电机高精度转速控制系统的开发

摘要

本论文以某型控制力矩陀螺高速转子寿命试验系统开发为背景，以用户给定的某型高速转子无刷直流电机为研究对象，研发了一套高精度无刷直流电机速度控制系统作为试验系统配套装置。
　　根据开发任务要求，首先进行了整体方案设计和系统选型，系统采用了C8051F120单片机+电机专用芯片MC33035的形式，实现了电机闭环转速控制;采用转速PI调节以及精密数控电压源等方法实现了电机转速的精确控制。
　　然后，围绕设计方案详细分析了速度控制系统的软、硬件设计。硬件部分介绍了的硬件电路构成，完成了电机驱动电路的设计、电机闭环控制电路的设计、电机运行监测电路的设计、温度测量电路的设计、过流保护电路设计、键盘与显示器电路设计以及硬件可靠性设计;采用多种精密元器件合理设计电机监测电路，保证了相电流、电机电压及轴温电阻等采集信号的精度要求;采用高速的光耦器件隔离以及合理接地等措施有效的保证了系统可靠性。
　　软件部分采用模块化设计思想，绘制了各个模块的流程图，完成了系统初始化编程，采用用等精度测频法，实现了转速的精密测算，编写了转速PI控制、监测信号AD转换、键盘与显示等主要功能模块。
　　最后给出了对电路和程序的关键部分调试过程，以及对整机性能的测试。结果表明本该速度控制系统能够实现电机的高精度控制，达到了系统开发的各项性能和指标要求。
　　论文最后对研制设计过程进行了总结，提出了下一步改进方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 课题来源

1．1．2 系统开发要求

1．2 研究现状

1．2．1 控制力矩陀螺的发展及应用

1．2．2 永磁无刷直流电机及其控制系统研究现状

1．3 论文所做的主要工作

本章小结

第2章 永磁无刷直流电机高精度转速控制系统方案选择

2．1 无刷直流电机特性分析

2．1．1 本课题无刷直流电机基本参数和特点

2．1．2 无刷直流电机控制的工作原理

2．1．3 无刷直流运行特性及传递函数

2．2 无刷直流电机转速控制系统总体设计

2．3 无刷直流电机转速控制方式

2．4 无刷直流电机转速控制系统控制核心

2．4．1 无刷直流电机专用控制芯片

2．4．2 主控芯片

2．5 系统设计中的难点及关键技术

本章小结

第3章 无刷直流电机高精度转速控制系统硬件电路设计

3．1 系统硬件电路的整体构成

3．2 基于MC33035的无刷直流电机驱动电路设计

3．3 基于C8051F120单片机的闭环转速控制电路的设计

3．4 电机运行监测模块的设计与分析

3．4．1 电流信号监测电路

3．4．2 电机电压信号监测电路

3．4．3 信号模数转换电路

3．5 温度测量电路的设计

3．6 运行保护电路设计

3．7 键盘与显示器设计

3．8 控制系统硬件可靠性设计

本章小结

第4章 永磁无刷直流电机高精度转速控制系统软件设计

4．1 主程序

4．1．1 系统时钟初始化

4．1．2 I／O端口初始化

4．1．3 功能模块初始化

4．2 中断服务程序

4．2．1 键盘中断服务程序

4．2．2 转速信号测算中断服务程序

4．2．3 电机转速PI控制程序

4．2．4 数控电压源数模转换程序

4．2．5 模数转换程序

本章小结

第5章 永磁无刷直流电机高精度转速控制系统装调与测试

5．1 部分电路的安装调试

5．1．1 基于等精度测频法的转速测量

5．1．2 数控电压源的调试

5．1．3 相电流的测量

5．2 系统测试

5．2．1 转速精度测试

5．2．2 转速稳定性测试

5．2．3 相电流测量精度测试

本章小结

总结

参考文献

致谢