小功率直流电动机数字控制系统的开发

摘要

近些年来，直流电动机以其调速范围广、转矩大、易于控制等特点，广泛的应用于调速要求较高的场合。而随着科技的进步直流电动机调速系统也由模拟直流调速系统转变为了数字直流调速系统。本题就针对现今以单片机、DSP、CPLD为控制核心的数字直流调速系统，提出了一种以STM32微控制器为控制核心的数字直流调速系统。
　　本文通过对1-3马力的直流电动机的控制，研究了转速、电流双闭环直流调速系统的原理和调节器的工程设计以及运动装置负载运行的工作特性及原理，并且研究了STM32系列微控制器的开发原理、方法以及ARM的开发软件;通过运用protel绘制系统PCB图，并且完成了整个系统的开发调试，其中包括STM32F103TB微控制器的外围电路、电源电路、过流保护电路、反馈电路、PWM驱动电路的设计调试以及显示电路的设计，然后在硬件电路的基础上，应用C语言编写了基于STM32的主程序和中断程序，主程序主要完成芯片的初始化、中断初始化以及各个子程序的初始化等功能，中断程序主要完成速度和电流的检测和系统故障保护等功能，最后对直流调速系统的驱动器部分进行了上机调试。通过对直流调速系统的调试证明了以STM32系列芯片为主控芯片的可行性，为以后系统的进一步优化做了坚实的基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景

1．1．1 直流调速系统的发展概况

1．1．2 直流调速系统的现状

1．1．3 国内直流调速系统存在的问题

1．2 本题的研究内容

1．3 本题研究的目的和意义

1．4 文章结构安排

第二章 直流电动机调速控制原理

2．1 直流电动机发展概况

2．2 直流电动机的组成及模型

2．1．1 直流电机稳态运动方程

2．1．2 转矩稳态方程

2．2 直流电机的启动

2．2．1 直接启动

2．2．2 电枢串电阻启动

2．2．3 降低电枢电压启动

2．3 直流电机的调速方式

2．3．1 改变电枢回路电阻

2．3．2 改变电枢端电压

2．3．3 直流斩波调速

2．4 PWM控制原理

2．4．1 直流变换原理

2．4．2 Buck型变换电路

2．4．3 Boost型变换电路

2．5 闭环调速系统的特性

2．5．1 闭环调速系统的结构

2．5．2 直流开环与闭环系统特性的比较

2．6 无静差直流调速系统

2．7 本章小结

第三章 基于STM32的双闭环直流调速系统

3．1 双闭环直流调速系统组成及其静特性

3．2 双闭环调速系统的性能分析

3．2．1 静态性能分析

3．2．2 双闭环调速系统的稳态工作点及其参数的计算

3．2．3 动态性能分析

3．2．4 动态抗扰性能分析

3．3 STM32F103微控制器概述

3．3．1 STM32F103性能特点及其应用

3．3．2 通用IO端口

3．3．3 外部中断／事件控制器

3．3．4 模拟／数字转换器(ADC)

3．3．5 通用定时器

3．4 基于STM32F103TB微控制器直流调速系统的控制策略

3．4．1 系统控制框图

3．4．2 数字PI控制算法原理

3．4．3 转速PI调节器

3．4．4 电流PI调节器

3．6 电力开关器件的工作原理及保护

3．6．1 IGBT的工作原理

3．6．2 IGBT的保护

3．7 本章小结

第四章 系统硬件电路设计

4．1 系统总体结构的设计

4．2 系统调速驱动器的设计

4．2．1 电源电路的设计

4．2．2 IGBT保护电路的设计

4．2．3 PWM驱动电路的设计

4．2．4 电流反馈电路的设计

4．2．5 转速环电路的设计

4．3 PCB设计注意问题

4．4 本章小结

第五章 系统软件设计

5．1 STM32的开发平台

5．2 系统软件要求

5．3 系统软件设计

5．3．1 主程序

5．3．2 按键子程序

5．3．3 中断服务程序

5．3．4 PWM输出子程序

5．3．5 转速环子程序

5．3．6 电流环子程序

5．3．6 故障中断子程序

5．4 系统软件稳定性设计

5．5 本章小结

第六章 系统电路调试

6．1 调试环境

6．2 系统硬件调试及分析

6．3 系统软件调试及分析

6．3．1 转速环调试

6．3．2 电流环调试

6．4 系统运行分析

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文