基于DSP和自抗扰控制器的无刷直流电动机转速控制

摘要

本文以TMS320LF2407A为核心,构建了无刷直流电动机速度控制系统.主要介绍了主电路部分、位置检测环节、电流检测环节、速度检测环节以及DSP相关硬件知识,同时说明了软件开发的一般流程和编程中需要注意的一些具体问题.对相电流检测问题进行了较深入研究,采用非换相相电流检测技术,同时完成了对两路电流采样环节的对称性校正. 分别采用PI控制和自抗扰控制器两种控制策略,编程实现了对无刷直流电动机转速的闭环控制. 实验比较了PI控制和自抗扰控制器两种控制策略的控制效果.实验表明:当无刷直流电动机外部负载突变时与PI控制相比,采用自抗扰控制器控制策略无刷直流电动机系统速度恢复时间短,转速波动小. 当无刷直流电动机参数变化时,PI控制系统性能明显变差；而采用自抗扰控制策略系统性能依然良好,受电动机参数的变化影响很小.由此可见与传统PI控制器相比,ADRC控制器具有更强的鲁棒性.

目录

文摘

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1绪论

1.1无刷直流电动机的历史及现状

1.1.1无刷直流电动机的发展

1.1.2无刷直流电动机的特点及应用领域

1.2无刷直流电动机的原理

1.2.1无刷直流电动机的结构

1.2.2无刷直流电动机的工作原理

1.3无刷直流电动机的研究方向

1.3.1转矩脉动控制

1.3.2无传感器控制

1.3.3控制算法

1.4本文主要内容及相关工作

2无刷直流电动机控制系统实验平台

2.1系统总体结构

2.2系统硬件平台

2.2.1主电路及控制电源

2.2.2电流信号检测单元

2.2.3转速信号检测单元

2.2.4位置信号检测单元

2.3.5无刷直流电动机换相逻辑

2.2.6 PWM驱动单元

2.2.7负载单元

2.3 TMS320LF2407A DSP及软件开发平台

2.3.1 TMS320LF2407A DSP特点

2.3.2 DSP的软件开发

2.4小结

3相电流检测及PI控制器实现

3.1电流传感器的对称性校正

3.2非换相电流检测

3.2.1正向导通相相电流检测

3.2.2非换相相电流检测

3.3无刷直流电动机的数学模型

3.3.1相电压模型

3.3.2直流电动机模型

3.4电流和转速环PI控制器实现

3.4.1电流环软件的实现

3.4.2转速环软件的实现

3.5 PI控制中软件实现问题

3.6小结

4基于自抗扰控制器的无刷直流电动机速度控制

4.1自抗扰控制器基本原理

4.1.1经典PID结构及其优缺点

4.1.2自抗扰控制器的原理

4.2转速环自抗扰控制器的设计

4.2.1跟踪微分器的设计

4.2.2扩张状态观测器的设计

4.2.3非线性状态误差反馈控制律的设计

4.3自抗扰控制器软件实现流程及实现问题

4.3.1自抗扰控制器软件实现流程

4.3.2自抗扰控制器软件实现问题

4.4程序设计步骤及基本流程

4.5小结

5实验结果及分析

5.1位置信号、IPM驱动信号及光电编码器输出信号

5.2非换相相电流检测方式的影响

5.3开环运行时相电流波形

5.4闭环运行时转速电流波形

5.5负载转矩突变时对比研究

5.6电机参数变化时对比研究

6结论与展望

致谢

参考文献

附录