基于DSP的高性能无刷直流电动机数字控制系统

摘要

永磁无刷直流电动机(BLDC)是随着电机控制技术、电力电子技术和微电子技术的发展而出现的一种新型电机.它是在有刷直流电动机的基础上发展起来的,由于无刷直流电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点,因此成为研究热点.该文以无刷直流电动机(BLDC)为控制对象,应用DSP为微处理器进行了无刷直流电动机控制系统的软硬件设计.无刷直流电动机控制系统是具有数字化特点的电动机控制系统.通过数字信号处理器与相关模拟电路的组合,成功地实现了对电机控制的数字化处理.经过实验表明控制系统满足了无刷直流电动机高性能伺服控制所需参数的准确性与实时性要求.系统硬件采用以TMS320LF2407为处理器,逆变器采用以IGBT构成的全桥电路,并采用光耦3140对其驱动.设计了硬件互锁电路,在硬件上防止逆变器的上桥臂与下桥臂的直通,同时设计了必要的保护电路(包括过流保护、过压保护等保护电路).整个系统的硬件设计采取了很多EMC措施,采用控制电路与驱动电路分两块PCB板的设计方法,增强了系统的可靠性.系统软件采用C语言编写的程序,整个控制系统软件将采用主程序、服务子程序和中断子程序所组成.主程序完成芯片初始化、变量的初始化等.服务子程序完成A/D转换、键盘扫描、数字PI控制、软件换相、PWM产生等.

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明和论文使用授权声明

第1章绪论

1.1引言

1.2无刷直流电动机国内外研究概况

1.3无刷直流电动机的基本组成环节及其基本工作原理

1.4磁极位置信号的检测

1.5本论文的主要工作

第2章以数字信号处理器为核心的控制系统

2.1无刷直流电动机的控制系统概况

2.2基于数字信号处理器的微控制系统

2.2.1高性能数字信号处理器TMS320F2407简介

2.2.2基于DSP高性能控制系统方案

2.3基于DSP的闭坏控制

2.3.1电机的双闭环控制结构

2.3.2基于DSP的单闭环控制系统的结构

2.3.3数字PID算法的实现

2.3.4 PID调节器参数对控制性能的影响

2.4脉宽调制技术及其在无刷直流电动机控制系统中的应用

2.4.1无刷直流电动机控制系统中的PWM控制器

2.4.2传统模拟电路脉宽调制器

2.4.3基于DSP芯片的数字PWM脉宽调制器

2.5小结

第3章控制系统的硬件电路设计

3.1硬件电路整体设计

3.2 DSP及外围电路模块设计

3.3驱动系统模块

3.4硬件电路的抗干扰设计

3.5小结

第4章控制系统的软件设计

4.1系统软件总体方案

4.2 DSP程序设计

4.2.1 DSP程序的编写及调试

4.2.2主程序设计

4.2.3系统软件初始化模块

4.2.4显示模块

4.2.5键盘服务模块

4.2.6返馈速度计算模块

4.2.7软件换向模块

4.3软件抗干扰设计

4.4实验结果

4.5小结

第5章无刷直流电动机的系统仿真

5.1电压型逆变器的数学模型

5.2无刷直流电动机的数学模型

5.3无刷直流电动机的计算机仿真及仿真程序流程

5.4仿真结果及实验对比

5.5 小结

第6章结论

致谢

参考文献

附录一

附录二