基于直流无刷电机的电动户外广告系统的研究与设计

发布时间：2017-06-15 18:03

  本文关键词：基于直流无刷电机的电动户外广告系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直流电动机将电能转化为机械能,具有体积小、运行可靠、控制简便等特点。直流无刷电动机是从有刷电动机演变而来的,其不仅继承了直流有刷电动机的优点,还克服了有刷电动机机械电刷换向带来的一系列问题,在现代社会生活和生产活动的各个方面得到广泛应用。如何就直流无刷电动机构建一个可靠实用的控制系统,达到反应快、精度高、定位准的目的,并能够应用到其他行业领域,是研究人员关注的一项重要内容,因此对直流无刷电动机控制系统的研究具有重要的应用价值。本文首先介绍了直流无刷电动机的组成部分、工作过程、驱动方式、换相过程和调速原理。采用单极性PWM(Pulse Width Modulation)调制方式对电动机进行调速控制时,可以较好地抑制转矩脉动。本文在建立数学模型的基础上,对无刷直流电机换相过程进行分析,计算得到相应的转矩脉动。最后,介绍了采用PI调速器的速度控制策略。本文设计了以STM32芯片为控制核心的电动户外广告控制系统。硬件电路主要由控制芯片电路、功率驱动电路、检测电路和电源电路组成。其中,功率驱动电路、控制芯片电路和位置信号检测电路实现了电动机的运转和控制；检测电路通过对系统电压电流的实时检测,控制电机过载,增加了电路的安全性。系统软件采用层次化的设计思想,分成主程序和子程序,依据功能划分各模块,用C语言开发。主程序主要进行系统内各端口、模块、中断、变量和外设的初始化,根据功能需要,实现子程序调用。子程序采用中断函数实现电动机工作时位置信号的捕获、PWM的产生、电子换相和AD转换等控制功能。通过激活STM32芯片的功能模块和调用相关函数,子程序还具有系统待机、定时开启／关闭、循环展示、画面定位、串口通信等应用功能。最后,在搭建的简易实验平台上对控制系统进行实验调试,系统运行稳定,达到预期的效果,为今后的进一步深入研究提供了平台。
【关键词】：直流无刷电动机 PID控制 单片机 电子换相
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 直流无刷电动机的发展概述9-10
• 1.2 直流无刷电动机的研究现状10-13
• 1.2.1 转矩脉动抑制10-11
• 1.2.2 智能控制策略11-12
• 1.2.3 无位置传感器位置检测12-13
• 1.3 研究背景和意义13-14
• 1.4 内容安排14-15
• 第二章 直流无刷电动机基本结构与工作原理15-28
• 2.1 直流无刷电动机的基本结构15-19
• 2.1.1 直流无刷电动机本体15-16
• 2.1.2 位置检测器16-17
• 2.1.3 功率开关驱动控制电路17-18
• 2.1.4 直流无刷电动机的桥式驱动电路18-19
• 2.2 直流无刷电动机的工作原理19-26
• 2.2.1 直流无刷电动机运行的基本原理19-21
• 2.2.2 两两导通六状态驱动原理21-23
• 2.2.3 直流无刷电动机的正反转控制和制动23-24
• 2.2.4 直流无刷电动机速度调节24-26
• 2.3 本章小结26-28
• 第三章 直流无刷电动机的数学模型28-38
• 3.1 数学模型28-31
• 3.1.1 电压方程28-29
• 3.1.2 转矩方程29
• 3.1.3 运动方程29-30
• 3.1.4 传递函数30-31
• 3.2 PWM调制对电动机换相转矩的影响31-34
• 3.3 永磁直流无刷电动机的控制策略34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 基于电机的电动户外广告系统的总体设计38-59
• 4.1 控制系统安全要求及性能要求38-39
• 4.2 控制系统总体设计39-41
• 4.3 控制系统硬件设计41-49
• 4.3.1 STM32控制芯片电路41-43
• 4.3.2 功率驱动电路43-46
• 4.3.3 电压电流检测电路46-47
• 4.3.4 霍尔位置检测电路47-48
• 4.3.5 电源电路48-49
• 4.4 控制系统软件设计49-58
• 4.4.1 软件开发环境介绍49
• 4.4.2 主程序设计49-51
• 4.4.3 中断子程序51-52
• 4.4.4 AD子程序52-53
• 4.4.5 PWM输出子程序53-54
• 4.4.6 位置检测和换相子程序54-56
• 4.4.7 待机子程序56-57
• 4.4.8 串口子程序57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 系统测试59-62
• 第六章 总结和展望62-63
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 曾建安,曾岳南,暨绵浩;MOSFET和IGBT驱动器IR2136及其在电机控制中的应用[J];电机技术;2005年01期

2 夏长亮,王娟,史婷娜,徐绍辉;无刷直流电机无位置传感器控制下的转矩波动抑制新策略[J];天津大学学报;2005年05期

3 王季秩;无刷电机的现在与将来[J];微特电机;1999年05期

4 邱建琪 ,史涔o，

本文编号：453079