基于CAN总线的三相无刷直流电机控制系统设计与研究

发布时间：2017-09-13 01:11

  本文关键词：基于CAN总线的三相无刷直流电机控制系统设计与研究

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【摘要】：无刷直流电机(Blushless DC Motor)是近年来发展起来的一种新型的直流电机。无刷直流电机的发展与电力电子技术的发展息息相关。无刷直流电机不仅使用寿命长、调速性能优越、运行效率高,同时还具有机械结构简单、运行可靠等一系列优点。故被广泛运用在汽车工业、造纸工业、精密机床工业、医疗器械等众多生产部门。本文首先研究了无刷直流电机理论,建立其数学模型,提出了一种无刷直流电机控制系统的建模仿真方法。在MATLAB/Simulink环境中,使用Simulink所提供的模块搭建直流无刷电机仿真模型。整个系统采用双闭环控制。速度环采用了一个离散的PI控制器,电流控制器基于滞环电流跟踪型PWM逆变器原理实现。仿真结果与理论分析是一致的,为实际的控制系统设计提供了良好的理论依据。其次,对无刷直流电机控制系统软硬件设计进行了详细的介绍。硬件设计包括以TI公司的DSP28035为核心的控制板和以IXYS公司的功率MOSFET管IXFH150N17T为核心的驱动板。详细介绍了DSP最小系统以及外围通讯电路、逆变电路、MOSFET驱动电路以及保护电路的功能和设计思路。软件设计采用基于模型的设计方法。基于模型设计是一种高效,灵活的设计方法。利用开发工具MATLAB、Simulink、Stateflow、 Real-Time Workshop实现系统的算法模型,算法模型经验证后可由RTW直接生成嵌入式代码,经过少量代码微调即可下载到DSP中运行。设计者只需关注控制算法的设计而不用进行繁琐的编程工作。采用基于模型的设计方法不仅保证了代码的可靠性和高效性,而且降低了开发难度和开发周期。最后,使用上位机软件对CAN总线的信号进行了简单的标定,并且测量了电机运行过程中实际的PWM信号波形,证明了本文所提出的控制策略的正确性和可行性,达到了预期的结果。
【关键词】：无刷直流电机 基于模型设计 DSP Matlab
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景与意义8-10
• 1.2 无刷直流电机控制方法及研究现状10-12
• 1.2.1 有位置传感器无刷直流电机控制方法11
• 1.2.2 无位置传感器无刷直流电机控制方法11-12
• 1.3 论文主要研究内容12-14
• 2 三相无刷直流电机控制系统理论研究14-24
• 2.1 无刷直流电机的结构14-15
• 2.1.1 电机本体结构14
• 2.1.2 转子位置传感器14-15
• 2.1.3 三相逆变电路15
• 2.2 无刷直流电机工作原理15-19
• 2.2.1 无刷直流电机导通方式15-17
• 2.2.2 无刷直流电机换相原理17-19
• 2.3 无刷直流电机数学模型19-23
• 2.3.1 三相端电压方程19-20
• 2.3.2 反电势方程20-21
• 2.3.3 电磁转矩方程21
• 2.3.4 运动方程21
• 2.3.5 机械特性方程21-22
• 2.3.6 无刷直流电机启动特性分析22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 无刷直流电机控制系统仿真研究24-33
• 3.1 无刷直流电机仿真模型建立24-30
• 3.1.1 无刷直流电机本体模块建立及其封装24-26
• 3.1.2 无刷直流电机反电势计算模块26-27
• 3.1.3 电磁转矩计算模块27-28
• 3.1.4 转速和转子位置计算模块28-30
• 3.2 仿真结果及分析30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 无刷直流电机控制系统软硬件设计33-55
• 4.1 系统硬件电路设计33-45
• 4.1.1 车用无刷直流电机控制器需求分析33-34
• 4.1.2 无刷直流电机控制器电路设计34-45
• 4.2 基于模型的软件设计45-54
• 4.2.1 开发工具及开发流程45-48
• 4.2.2 系统软件实现48-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 总结与展望55-56
• 6 参考文献56-63
• 7 致谢63-64
• 附录164-66
• 附录266-67

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本文编号：840631