电动跑步机数字直流调速系统的研究

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1、山东大学硕士学位论文摘要近年来，随着人们生活水平的提高和健身意识的增强，电动跑步机作为一种重要的健身器材得到了较为广泛的应用。传统的跑步机驱动系统为永磁直流有刷电机调速，但由于其固有的缺点，即有机械换向器和电刷从而导致电机容量有限、噪声大且可靠性不高，促使人们寻找一种低噪声、高可靠性和高效率的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅速发展而成熟起来的永磁无刷直流电动机具有体积小、重量轻、效率高、噪声低、容量大且可靠性高等优点，因此使用无刷直流电机取代传统的直流电机作为跑步机驱动电机具有较大的研究价值。本文以内置霍尔位置传感器的无刷直流电动机(BLDCM)为控制对象，提出了基于

2、DSP芯片TMS320LF2407A的永磁无刷直流电动机调速系统设计方案。采用DSP系列芯片进行调速系统的设计，能够简化系统结构、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。首先，本文推导了永磁无刷直流电动机的主要公式，建立了其数学模型并对其调速原理和调速方法进行了研究。接下来，提出了无刷直流电动机位置、转速和电流三闭环数字化控制方案。系统以TMS320LF2407A为处理器，功率电路采用单电源供电的三相桥式驱动器IR2130构成，并采用高速光电耦合隔离芯片6N137对PWM输出信号实现光电隔离。设计了控制电路，主要包括霍尔位置传感器状态检测电路、电流检测电路、和保护电

3、路等。保护电路实现过流保护、欠压保护、过压保护和过热保护的功能。整个系统的硬件设计采取了很多EMC措施，增强了系统的可靠性。然后，在系统硬件设计的基础上，应用DSP专用汇编语言和C语言进行了软件程序的编写。软件程序由主程序和中断服务子程序组成。主程序完成芯片初始化、中断初始化和各个子模块的初始化等功能，中断服务子程序主要完成换相、转速和电流的检测与调节以及系统故障保护等。最后，在理论分析的基础上进行了实验。实验结果证明了系统设计的可靠性。关键词：跑步机无刷直流电动机调速系统DSP位置传感器山东大学硕士学位论文AbstractInrecentyears，withtheimprov

4、ementofthepeople’Slivingstandardandenhancementoftheconsciousnessofhealth—training，treadmill，oneofthemostimportanthealth·trainingequipments，isbecomingmoreandmorepopularPermanent-magnetDCservomotorsarewidelyusedintraditionaltreadmilldrivingsystems．However,itsinnerdeficiency-limitedcapability,b

5、ignoiseandlowreliabilitybecauseofitsmechanicalcommutatorandthebrush，leadsUStosearchforakindofnewdrivemotorwithlownoise，hi曲efficiencyandreliabilityinsteadofDCmotor．Permanent—magnetbrushlessDCmotor(BLDCM)，whichismoreandmoresophisticatedwiththedevelopmentofthepower-electronicsandmicro-controlte

6、chnique，takesontheadvantageofsmallvolume，lightweight，highefficiency,lownoise，bigcapacityandhighreliability．Asaresult，itissignificanttoresearchontheapplicationofbrushlessDCmotortothetreadmilldrivingsystem．Inthispaper,asolutionofbuildingaspeed—adjustmentsystemforbrushlessDCmotorswithHALLpositi

7、onsensorsbasedonTMS320LF2407Aispresented．ThenewfamilyofDSPenablescost-effectivedesignofintelligentcontrollersforbrushlessmotors．Theycanfulfillmoreconditions，configurefewersystemcomponents，lowersystemcostandincreaseperformancesFirstofall，inthispaper