基于dsp技术的无刷直流电机控制技术和实现方法

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1、基于DSP技术的无刷直流电机控制技术和实现方法姓名：班级：学号：同组：摘要：无刷直流电动机具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量、高可靠性、低噪声和长寿命等优点，特别是随着高性能单片机和专门用途的DSP(DigitalSignalProcessor)微处理器的出现，无刷直流电动机的位置检测和换相更加准确稳定。本文论述无刷直流电机控制原理，并给出无刷直流电机控制系统简略的硬件设计方案，并对无刷直流电机的控制系统进行了建模和仿真。关键词：无刷直流电动机DSP控制，matlab建模和仿真目录摘要1第一章无刷直流电机控制原理31.1电机基本结构31.1.1结构框图31.1.2电

2、机本体31.1.3转子位置传感器41.1.4逆变器41.2直流无刷电机工作原理5第二章控制系统硬件和软件设计方案92.1DSP技术92.1.1DSP的特点92.2DSP选型102.2无刷直流电机控制系统方案设计102.2.1直流无刷电机控制技术的发展102.2.2有位置传感器的直流无刷电动机控制策略102.2.3直流无刷电动机的启动122.2.4PWM波控制策略122.2.5直流无刷电动机的正反转控制132.3基于DSP技术控制的硬件设计142.3.1硬件电路设计142.3.2双闭环调速系统的启动特性分析142.3.3功率模块及其驱动，保护电路162.3.4电源转换及复位

3、电路172.3.5滤波放大电路172.3.6位置检测与调节172.3.7电流检测182.3.8速度计算19第三章无刷直流电机的控制系统建模和仿真213.1Matlab/Simulink的主要特点213.2无刷直流电机控制系统模型的建立223.2.1无刷直流电机总体模块233.2.2速度控制模块273.2.3电流滞环控制模块273.2.4参考电流模块293.2.5位置计算模块303.2.6电压逆变器模块313.2.7简化仿真313.3仿真结果323.4仿真结论34第四章结论35附录一Matalb仿真的S函数源程序36第一章无刷直流电机控制原理1.1电机基本结构1.1.1结构

4、框图直流无刷电机从结构上来看，与传统的直流电机主要区别在于:用装有永磁体的转子取代有刷直流电机的定子磁极;用具有多相绕组的定子取代电枢;用由固态逆变器和轴位置检测器组成的电子换向器取代机械换向器和电刷。因此，直流无刷电机一般由永磁电机本体、逆变器和转子位置传感器组成。电机本体直流无刷电机位置传感器逆变器主定子主转子功率逻辑开关位置型号处理传感器定子传感器转子图1-1无刷直流电机的组成框图电机本体由主定子和主转子组成，逆变器由功率逻辑开关线路和位置信号处理电路组成，位置传感器则由定子传感器和转子传感器组成。综上所述，组成直流无刷电机各主要部件的框图如图1-1所示。1.1.2

5、电机本体电机本体首先必须满足电磁方面的要求，保证在工作气隙中产生足够的磁通，电枢绕组允许通过一定的电流，以便产生一定的电磁转矩;其次要满足机械方面的要求，保证机械机构牢固和稳定，能传送一定的转矩，并能经受住一定环境条件的考验。此外，还要考虑节约材料、结构简单、紧凑、运行可靠和温升不超过规定的范围。电机本体通常由永磁同步电机构成。其转子采用永久磁铁励磁，目前多使用稀土永磁材料。由于转子磁场的几何形状不同，使得转子磁场在空间的分布为正弦波和梯形波两种。因此，当转子旋转时在定子上产生的反电势波形也有两种‘这两种直流无刷电机在原理、模型及控制方法上有所不同，对于正弦波直流无刷电机

6、，希望在绕组中获得正弦波形式的反电势，其绕组形式采用短距、分布或分数形式，以尽可能削弱其它次谐波，从而保留基波。而方波直流无刷电机为了获得顶宽为120°的方波或梯形波，定子绕组采用整距、集中的形式，以保留磁密中的其它谐波。（1）主定子是电机本体的静止部分。它由导磁的定子铁芯、导电的电枢绕组及固定铁芯和绕组用的一些零部件、绝缘材料、引出部分等组成，如机壳、绝缘片、槽楔、引出线及环氧树脂等。（2）主转子是电机本体的转动部分，是产生激磁磁场的部件。它由三部分组成:永磁体、导磁体和支撑零部件。永磁体和导磁体是产生磁场的核心，系由永磁材料和导磁材料组成。1.1.3转子位置传感器位置

7、传感器在直流无刷电机中起着测定转子磁极位置的作用，为逆变器提供正确的换相信息。位置传感器与电机同轴安装，由于逆变器的导通次序是与转子转角同步的，因而与逆变器一起，起着与直流有刷电机的机械换相相类似的作用。位置传感器种类较多，特点各异。目前，直流无刷电机系统的位置传感器多为电磁式、光电式和磁敏式。也有少数用正余弦旋转变压器和编码器等位置传感器的，但这些元件成本较高、体积较大、配套线路复杂，在一般直流无刷电机中较少采用。本次设计采用磁敏式位置传感器中的霍尔位置传感器。霍尔位置传感器是利用电流的磁效应进行工作的，由与电机同轴安装、多