矿用无刷直流电机车的调速系统研究

发布时间：2017-06-09 01:07

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【摘要】：无刷直流电机是继有刷直流电机之后发展起来的一种新型交流电机,因其转子上无换相器、定子上无电刷而得名。它既继承了传统直流电机调速范围广、过载能力强和启动特性好等优点,又具有结构简单、永无磨损、故障率低、节能高效和可靠性高等优点,使其在矿用运输系统中具有广泛的应用前景。直接转矩控制方式(DTC)是继矢量控制技术之后发展起来的一种新型变频调速技术。DTC采用电压空间矢量分析方法,通过直接控制定子磁链和电磁转矩的方式,实现变频调速。它既省去了复杂的矢量变换和无刷直流电机数学模型的处理,又可实现三相驱动电路中功率开关管的最佳控制,同时具有结构简单可靠、控制直接无累赘等优点,已成为现代电机控制系统中的一个主要发展方向。本文首先介绍了无刷直流电机本体结构、转子旋转的基本工作原理和三相全桥驱动电路；其次,详细介绍无刷直流电机的电压平衡方程、电磁转矩方程、运动方程及传递函数模型；然后,详细分析直接转矩控制策略的控制原理,通过MATLAB/Simulink;搭建仿真模型,并分析相电流、相电压和电机转速波形；再者,全文着重研究无刷直流电机的硬件电路,以TMS320F28335电机专用控制芯片为主控制器,辅之以转子位置检测电路、保护电路和辅助电源等外围电路,使无刷直流电机调速系统具有结构合理、易于实现和控制稳定等优点。完成电路设计之后,在实验室条件下模拟矿用无刷直流电机车的运行环境,设定电机转速为1000r/min,经示波器测量得到功率开关管脉冲信号波形和相电压波形,并分析其合理性；之后,通过设计主程序、中断子程序、A/D与D/A子程序和液晶显示子程序的软件流程图,最终实现无刷直流电机调速系统在矿用电机车中具有可正、停、反转运行和频繁加、减速的功能。最后,对全文进行总结,并设定了未来的研究方向和研究目标。
【关键词】：无刷直流电机调速系统 矿用电机车 TMS320F28335 转子位置检测 直接转矩控制
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.1.1 课题研究背景12
• 1.1.2 课题研究的意义12-13
• 1.2 无刷直流电机的国内外研究现状及其优势13-14
• 1.2.1 无刷直流电机的国内外研究现状13
• 1.2.2 无刷直流电机的优势13-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-16
• 2 无刷直流电机工作原理简介16-30
• 2.1 无刷直流电机的组成结构16-24
• 2.1.1 无刷直流电机本体17-19
• 2.1.2 功率驱动方式19-24
• 2.2 无刷直流电机的基本工作原理24-26
• 2.3 无刷直流电机的数学模型26-29
• 2.3.1 电压平衡方程26-27
• 2.3.2 电磁转矩方程27-28
• 2.3.3 运动方程及传递函数模型28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 直接转矩控制策略及仿真30-40
• 3.1 PID调速策略30-31
• 3.2 DTC在无刷直流电机中的应用31-36
• 3.2.1 DTC的基本工作原理31-32
• 3.2.2 DTC中的反电动势形状函数法32-33
• 3.2.3 反电动势过零点检测法33-35
• 3.2.4 电压空间矢量35-36
• 3.3 BLDCM-DTC仿真建模与分析36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 系统硬件设计40-54
• 4.1 系统总体设计方案40-41
• 4.2 TMS320F28335主控制器41-42
• 4.2.1 主控制器的选型41-42
• 4.2.2 TMS320F28335简介42
• 4.3 转子位置检测单元设计42-46
• 4.3.1 位置传感器在无刷直流电机中的安装位置43
• 4.3.2 转子位置检测43-46
• 4.4 保护电路设计46-47
• 4.4.1 过压保护电路设计46-47
• 4.4.2 过流保护电路设计47
• 4.5 辅助电源的设计47-51
• 4.5.1 反激式开关电源的基本工作原理47-48
• 4.5.2 EMI滤波器的简介48-49
• 4.5.3 漏极钳位保护电路的简介49-50
• 4.5.4 反馈电路的研制50-51
• 4.6 实验结论与分析51-53
• 4.7 本章小结53-54
• 5 系统软件设计54-60
• 5.1 主电路程序设计54-55
• 5.2 定时中断子程序设计55-56
• 5.3 A/D与D/A子程序设计56-57
• 5.4 液晶显示子程序设计57-58
• 5.5 本章小结58-60
• 6 总结与展望60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-70
• 作者简介及读研期间主要科研成果70-72
• 附录：无刷直流电机调速系统实验图72

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