基于DSP的无刷直流电机控制系统设计

发布时间：2017-06-09 09:01

  本文关键词：基于DSP的无刷直流电机控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：论文选题来源于国防预先研究项目:磁悬浮飞轮技术。磁悬浮飞轮采用永磁无刷直流电机(BLDCM)作为驱动电机,要求驱动系统能够实现动量轮和反作用轮两种工作模式,并具有高精度的转速控制。论文对基于DSP技术的磁悬浮飞轮无刷直流电机控制系统进行了研究。 论文首先论述了无刷直流电机的基本工作原理、组成环节、运行特性和传递函数。根据飞轮驱动系统的控制要求,选用TMS320LF2407A作为驱动电机的控制芯片。根据无刷直流电机的特点和DSP芯片的功能,分别提出了基于DSP技术的有位置传感器和无位置传感器控制方案,并根据方案进行了相应的控制算法仿真。然后针对所设计的控制方案和控制算法对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计,又着重论述了几个主要模块的电路设计。软件部分采用模块化设计思想,编制了各个模块的流程图,论述了软件实现方面的问题。最后,给出了控制系统实际运行时的实验测试情况,并对实验结果进行了分析。 实验结果表明基于DSP控制的无刷直流电机控制系统可以工作在动量轮和反作用轮两种模式下,在电机转速大于1000rpm时控制精度高于0.1%,超调量小于3%。系统满足飞轮驱动控制的要求,在航天器上具有较好的应用前景。
【关键词】：无刷直流电机 DSP 控制 仿真 磁悬浮飞轮
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TM33
【目录】：

• 目录5-8
• 图目录8-9
• 表目录9-10
• 摘要10-11
• Abstract11-12
• 第一章 绪论12-17
• §1.1 课题背景及意义12-13
• §1.1.1 课题背景12
• §1.1.2 课题意义12-13
• §1.2 国内外相关研究情况综述13-16
• §1.2.1 无刷电机本体的发展13-14
• §1.2.2 相关控制技术的发展14-16
• §1.3 论文主要研究内容16-17
• 第二章 无刷直流电机工作过程分析17-27
• §2.1 无刷直流电机基本组成17-19
• §2.1.1 无刷直流电机的本体17-18
• §2.1.2 转子位置传感器18-19
• §2.1.3 电子换向电路19
• §2.2 无刷直流电机的工作原理19-21
• §2.2.1 基本工作原理19-20
• §2.2.2 主回路的连接方式20-21
• §2.3 无刷直流电机的数学模型21-24
• §2.3.1 电压方程21-22
• §2.3.2 转矩方程22-23
• §2.3.3 状态方程和等效电路23
• §2.3.4 传递函数23-24
• §2.4 无刷直流电机的调速24-26
• §2.4.1 调速方法选择24-25
• §2.4.2 调速控制策略25-26
• §2.5 小结26-27
• 第三章 基于DSP的控制系统设计原理27-47
• §3.1 电机控制专用DSP27-37
• §3.1.1 数字信号处理器(Digital Signal Processor)原理27-28
• §3.1.2 TMS320LF2407A的主要特点28-30
• §3.1.3 事件管理器30-32
• §3.1.4 PWM波形产生32-35
• §3.1.5 模拟／数字转换器模块35-37
• §3.2 有位置传感器控制方案37-42
• §3.2.1 电机转子位置的检测38
• §3.2.2 电机相电流的检测38-39
• §3.2.3 参考速度的输入和速度的测量39-40
• §3.2.4 电流误差和速度误差的调节40-41
• §3.2.5 功率管的换向与驱动41-42
• §3.3 无位置传感器控制方案42-46
• §3.3.1 无位置传感器问题的提出42-43
• §3.3.2 反电动势过零法43-45
• §3.3.3 无位置传感器起动策略45-46
• §3.4 小结46-47
• 第四章 系统控制方法仿真47-59
• §4.1 数字PID控制47-50
• §4.1.1 PID控制原理48-49
• §4.1.2 数字PID控制算法49-50
• §4.2 系统双闭环设计50-55
• §4.2.1 常规PID控制器设计50-53
• §4.2.2 模糊控制器设计53-55
• §4.3 MATLAB仿真结果与分析55-58
• §4.3.1 仿真结果55-57
• §4.3.2 实际应用分析57-58
• §4.4 小结58-59
• 第五章 控制系统硬件电路设计59-73
• §5.1 总体硬件结构59-60
• §5.2 DSP外围电路设计60-65
• §5.2.1 DSP电源及电压监控电路设计60-61
• §5.2.2 时钟电路与仿真接口设计61-63
• §5.2.3 通信与存储器接口设计63-65
• §5.3 驱动及逆变单元设计65-69
• §5.3.1 功率驱动芯片选取65-66
• §5.3.2 功率管选取66-68
• §5.3.3 驱动电路设计68-69
• §5.4 相电压、相电流检测电路设计69-71
• §5.4.1 相电流检测电路设计69-70
• §5.4.2 相电压检测电路设计70-71
• §5.5 PCB电路图设计71-72
• §5.6 小结72-73
• 第六章 控制系统软件设计73-84
• §6.1 DSP软件开发的基础知识73-77
• §6.1.1 通用目标文件格式73-74
• §6.1.2 集成开发环境74-75
• §6.1.3 DSP的定点运算75-77
• §6.2 系统控制软件流程图77-79
• §6.3 主要环节的实现79-83
• §6.4 小结83-84
• 第七章 实验结果研究84-91
• §7.1 位置信号和PWM波形84-85
• §7.2 电机相电压波形85-87
• §7.3 电机转速响应曲线87-88
• §7.4 结论与展望88-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 附录：攻读硕士阶段发表论文情况96

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 郭雪梅;贾宏光;冯长有;;直流无刷电机位置跟踪的模糊PID控制[J];长春理工大学学报(自然科学版);2008年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 葛勇;速度电流双闭环伺服系统研究与软硬件设计[D];西安电子科技大学;2009年

2 孟楠;四相永磁无刷直流电动机控制系统研究[D];太原理工大学;2011年

3 魏再平;基于STM32的电动摩托车无刷直流电机控制器[D];西华大学;2011年

4 桂欣;高可靠性无刷直流电机驱动器研究[D];长沙理工大学;2012年

5 侯赛;基于嵌入式的燃料电池电动汽车能量及驱动控制策略的研究与设计[D];武汉理工大学;2006年

6 王瑞丰;基于ARM的变温空调伺服系统设计[D];西北工业大学;2007年

7 殷云华;基于DSP的无刷直流电机控制系统设计和仿真研究[D];中北大学;2007年

8 肖平;混合动力电动汽车整车匹配与电机控制系统研究[D];安徽农业大学;2007年

9 董昭;无刷直流电动机控制系统研究[D];西安理工大学;2007年

10 陆丰勤;多功能爬楼梯装置的研究及控制系统的设计[D];南京理工大学;2008年

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本文编号：434904