基于LPC2148的无刷直流电机控制器的设计

摘要

无刷直流电机(BLDCM)既有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等特点，又有直流电机运行效率高、调速性能好等特性，而且由于不受机械换相的限制，易于做到大容量、高转速，在汽车、机器人、办公自动化以及工业现场都有广泛的应用前景。因此无刷直流电机被认为是21世纪最有发展前途和广泛应用前景的电子控制电机。
　　故本课题以phillips公司的LPC2148为核心控制芯片，设计了无刷直流电机控制系统。
　　首先，论文叙述了无刷直流电机的发展背景和研究意义，然后介绍了无刷直流电机的结构和工作原理。在基本电磁定律的基础上建立了无刷直流电机的数学模型，为建立无刷直流电机控制系统仿真模型奠定了基础。在Matlab/Simulink中搭建无刷直流电机控制系统，分别对无刷直流电机开环控制和速度闭环控制进行了仿真研究。
　　其次，本文通过分析反电动势过零点硬件检测电路，研究了该电路使反电动势过零点信号延迟角度大小的计算问题。得出已有延迟角度计算公式不符合该电路，于是重新推导了延迟角度计算公式，并通过Multisim软件搭建仿真电路进行验证，仿真结果表明重新推导出的公式是正确的，而已有公式确实不符合该硬件电路。通过延迟角度大小的准确计算，为反电势法准确控制换相奠定了基础。
　　最后，在仿真工作的基础上，设计出了控制器的硬件电路和控制软件。利用AltiumDesigner绘制电路原理图和进行PCB的制作。系统中的位置信号检测电路包括霍尔接口电路和反电势过零点检测电路，使用有位置传感器和无位置传感器两种方式控制。控制软件按照模块化思想进行编程，在KEIL4软件编译环境下用C语言编写完成。最后进行了硬件和软件的综合调试。
　　实验结果表明，本控制系统可以稳定运行，并能够对无刷直流电机进行大范围调速，而且能够通过调节使速度稳定，达到了控制器的设计要求。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．2．1 无位置传感器控制技术

1．2．2 无位置传感器起动技术

1．3 论文的主要工作

1．4 本章小结

2 无刷直流电机的工作原理及数学模型

2．1 无刷直流电机的基本结构

2．1．1 电机本体

2．1．2 控制器

2．2 无刷直流电机的工作原理

2．3 无刷直流电机的数学模型

2．3．1 电压方程

2．3．2 转矩和机械方程

2．3．3 反电势方程

2．4 本章小结

3 无刷直流电机控制系统的仿真研究

3．1 基于Simulink的无刷直流电机仿真

3．2 无刷直流电机的闭环控制系统

3．2．1 BLDCM模块

3．2．2 逻辑换相模块

3．2．3 三相逆变桥模块

3．2．4 控制模块

3．3 仿真结果

3．4 本章小结

4 反电势过零点信号相位滞后研究

4．1 无刷直流电机的反电势法控制

4．2 反电动势相移的计算

4．3 仿真验证相位滞后角计算公式

4．3．1 仿真电路的搭建

4．3．2 端电压为正弦波时的仿真结果

4．3．3 端电压为梯形波时的仿真结果

4．4 本章小结

5 无刷直流电机控制系统设计

5．1 系统方案设计

5．2 系统硬件设计

5．2．1 控制板电路

5．2．2 驱动板电路

5．3 系统软件设计

5．3．1 控制策略

5．3．2 软件总体方案设计

5．3．3 有位置传感器的开环控制程序

5．3．4 有位置传感器的闭环控制程序

5．3．5 无位置传感器的开环控制程序

5．4 本章小结

6 实验结果和分析

6．1 有位置传感器控制实验

6．1．1 有位置传感器开环控制实验

6．1．2 有位置传感器闭环控制实验

6．2 无位置传感器控制

6．2．1 无位置传感器开环控制实验

6．3 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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