基于DSP的无刷直流电机控制研究

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1、密级：公开分类号：TP29论文编号：06020072贵州大学2009届硕士研究生学位论文基于DSP的无刷直流电机控制研究学科专业：控制理论与控制工程研究方向：嵌入式系统导师：何志琴研究生：黄俊浩中国•贵州•贵阳2009年5月目录目录I第一章绪论11.1本课题研究背景11.1.1无刷直流电机的特点11.1.2无刷直流电机的发展与现状31.2本课题的研究内容及意义6第二章无刷直流电机的工作过程及转矩脉动研究62.1无刷直流电机的工作过程62.1.1电机的工作原理62.1.2电机的换相过程82.2无刷直流电机转矩脉动介绍92.2.1齿槽

2、转矩引起的转矩脉动的消弱方法102.2.2电磁因素和电枢反应引起的转矩脉动112.3电流换向引起的转矩脉动的抑制122.4本章小结19第三章无刷直流电机的仿真模型及MATLAB仿真203.1无刷直流电动机的数学模型203.2基于MATLAB的BLDCM系统仿真模型的建立213.2.1无刷直流电动机本体模块223.2.2电流滞环控制模块252.2.3速度控制模块253.2.4参考电流模块263.2.5转矩计算模块263.2.6电压逆变模块273.3无刷直流电机的MATLAB仿真结果283.4本章小结30第四章系统硬件设计314.1电

3、机控制芯片DSP介绍314.1.1TMS320F2812简介314.1.2用通用定时器和比较单元产生PWM324.2系统硬件总体设计334.3控制部分电路设计334.3.1电源设计344.3.2时钟和仿真接口电路设计344.3.3片外扩展存储器接口设计364.4驱动电路设计364.5检测电路设计384.6给定转速输入电路设计394・7保护电路设计394.8本章小结40第五章系统软件设计412.1DSP芯片的开发工具415.2软件总体设计思想425.2.1电流检测的实现425.2.2转子位置检测的实现435.2.3电机转速计算435

4、.3改进的数字PTD调节器的实现445.4PWM调制信号的产生455.5软件部分的程序流程图455.5.1主程序的流程图465.5.2采用定时中断的中断服务程序的流程图472.5.3采用捕获中断的中断服务程序流程图485.5.4电流调节器算法流程图492.6本章小结49第六章实验结果及分析506.1控制信号波形要求及分析506.2不同载波周期的控制信号分析516.3不同转速时的电流分析536.4低转速下的转矩脉动抑制553.5本章小结56第七章总结与展望57致谢58参考文献59附录61原创性声明62关于学位论文使用授权的声明62摘

5、要无刷直流电机是利用电子换相代替电刷机械换向的一种新型直流电机，它既具有传统有刷直流电动机的调速性能，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。而且体积小、效率高，在许多领域已得到了广泛的运用。然而无刷直流电机也存在转矩脉动、无位置传感器的位置检测难等一些缺点，如何解决这些问题使得对无刷直流电机的研究更有意义。论文从研究永磁无刷直流电机的结构出发，详细论述了其工作原理及换相过程。通过分析，在理论上得到了换相过程引起转矩脉动的主要因素，并介绍减小换相转矩脉动的方法。根据无刷直流电机的数学模型，建立了无刷直流电机本体在MATL

6、AB中的仿真模型，并建立了系统仿真模型，对无刷直流电机的控制进行了仿真实验。本文设计了无刷直流电机控制系统整体方案，阐述了该系统的基本结构、工作原理及其设计方法，系统是以TI公司的TMS320F2812DSP为控制电路的核心控制芯片。软件采用模块化结构设计，各部分简洁明了，便于修改和调试。在控制方法上，本文提出了一种改进的P1D方法，并采用该方法对电机进行了转速控制。最后根据得到的一些实验结果，通过对比分析找出了一些引起转矩脉动的因素，从而可以改变控制方法使转矩脉动减小。关键词：无刷直流电机，DSP,转矩脉动，PWM调制，仿真模型

7、AbstractBrushlessDCmotorisanewelectronicsbrushmachinerycommutationwhichusingtheelectronicphasechangeonekindofnewDCmotor,itbothhasthetraditionaladvantagewhichhavebmshesDCmotofsvelocitymodulationperformance,andhasthealternatingcurrentmachinestructuretobesimple,movementi

8、sreliable,maintenanceconvenienceandsoortMoreoverthevolumeissmall,theefficiencyishigh,andithasobtainedthewidespreadutilizatio