直流无刷电机转速控制软件设计

1、中北大学毕业设计开题报告学生姓名： 陈霖 学号： 0805054145学院、系：信息与通信工程学院电气工程系专 业：自动化设计 题目：直流无刷电机转速控制软件设计指导教师：沈小林2012年03月15日结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文 献综述：文献综述1、直流无刷电机的介绍直流无刷电机利用电子换向器取代了传统直流电机中的机械电刷和机械换向器，因 此不仅保留了直流电动机运行效率高和调速性能好等优点，又具有交流电动机的结构简 单、运行可靠、维护方便等优点。由于不受机械换向限制，易于做到大容量、高转速， 目前在航天、军工、数控、冶金、医疗器械等领域已得到大量应用。TMSF

2、2812 DSP 是TI公司新推出的基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。器件上集成了多种先进的外设，具有灵活、可靠的控制和通信模块，完全可以采用单 芯片实现电机控制系统的控制和通信功能，使得电机控制系统简单化、模块化，为电机 及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。本文设计和实现了基于TI公司 TMS320F2812 DSP芯片的无刷直流电机控制系统，整个系统结构紧凑，功能完善。实用 性新型无刷电机是与电子技术、微电子技术、数字技术、自控技术以及材料科学等发展 紧密联系的。它不仅限于交直流领域，还涉及电动、发电的能量转换和信号传感等领域。 在电机领域中新型无刷电机的品种是较

3、多的，但性能优良的无刷电机因受到价格的限 制，其应用还不十分广泛Mo系统硬件设计2.1控制部分硬件设计控制板部分以TMS320F2812为核心，加上一部分外围电路及接口构成。实现的主 要功能是控制指令的接收和执行，速度信号的接收和计算处理，电流采样信号接收和转 换，速度闭环和电流闭环控制算法的执行等9对电机的控制主要使用F2812片上的两个电机控制专用外设一一EVA和EVB。利 用通用定时器T1配合PWM发生器来产生驱动功率器件所需的六路PWM信号，通过 GPIO接口将三路电机霍尔传感器信号输入捕获单元，从而获取三个转子的位置，进而 控制电机的换相和进行电机转速的计算1。两个12位AD模块对相

4、电流信号Iphase和输入的速度调节电压信号Vref进行转换 和存储，分别作为电流环的反馈信号和速度环的参考信号。通过片上的通用输入输出接 口（GPIO），实现与功率驱动部分的连接，输出启动停止信号，正反转信号，紧急制动 信号等，同时接收输入的保护信号，故障信号等。通过片上的SCI模块实现与计算机的 通信，接收上位机的控制指令7】。2.2功率驱动部分硬件设计功率驱动部分的硬件电路，主要由前置驱动芯片和六个功率MOSEFET管组成， 实现对控制部分传送过来的换相信息的处理和PWM信号的隔离放大，控制功率MOSFET管的导通和关断，以此来控制电机的工作状态和速度。除此之外，还有电源 电路，电流检测

5、电路，过流保护和紧急制动电路等辅助电路，以及与电机和控制板的接 口电路13。前置驱动芯片采用的是旧公司的MOSFET驱动芯片旧2131，具有集成度高、可 靠性好、速度快、过流欠压保护、调试方便等特点。旧2131内部设计有过流、过压及 欠压保护3】。功率驱动电路采用24V供电，驱动电路与电机的连接采用三相全桥方式，电机工 作在三相六状态模式下。以任一时刻电机只有两相导通的方式来控制换流元件。PWM 调制的方式是软斩波方式，即导通时下桥臂功率管始终保持开状态，上桥臂功率管的开 关由PWM信号决定8。功率开关管采用HITACHI公司的集成功率开关器件6AM15， 其内部集成3个N型MOSFET管和P

6、型MOSFET管，构成三相全桥功率开关电路何。 与采用六个分立MOSFET管相比，有利于提高集成度，减少电路板面积，增加可靠性。 每个MOSFET管自带超快恢复二极管，在MOSFET管关闭期间起反向续流作用】。系统控制策略及软件设计3.1系统控制策略由无刷直流电机的数学模型可知，其转速基本上跟电压成正比，转矩基本上和相电 流成正比。为了达到控制精度和动态性能，本系统选用了转速、电流双闭坏调速系统。 电流环采用PI调节器，速度环采用遇限削弱积分的积分分离PI控制算法。它具有良好 的起动和抗干扰性能，可以满足本系统的需要4】。3.2软件设计根据系统的控制策略，可以得出整个控制系统软件由主程序和IN

7、T3中断服务子程序所组成15。参考文献:周航慈.PHILIPS 51LPC系列单片机原理及应用设计.北京：北京航空航天大学出 版社，2001： 3752李朝青单片机原理及接口技术，北京航空航天大学出版社，1998马明建，周长城著.数据采集与处理技术.话安：西安交通大学出版社，1998：64-52夏长亮，无刷直流电机控制系统，科学出版社，2009-2-1张世德.一种基于单片机系统的无线通信方式.微计算机信息，2002, 18(1)：32-33马怀俭，雷旭.电机测试系统集成方法的研究.中小型电机，2000(5)： 4243扬帆，颜景斌.电机测试系统的面向对象分析与实现.哈尔滨理工大学学报， 200

8、2(2)： 89陈三风，刘晓波.基于VB6. 0与单片机串行通信的数据采集系统设计.计算机 应用，2004(1)： 1416张宏林.Visual Basic 6. 0开发数据库.北京：人民邮电出版社，1999： 111-126刘炳文，VISUAL BASIC程序设计教程.北京：清华大学出版社，2002=46-98孙永键.电机绕组温升的在线测量，电测与仪表，1997(6)： 3233魏英静.微机在电机测试中的应用.石家庄铁道学院学报，1995(4)： 9499李晓竹，矫树人.异步电动机损耗的测定.中小型电机，1997(6)： 4041刘淑琴.电机测试中电压电流及功率的同步采样.同煤科技，2002

9、(1)： 8-9A. B. Bnnett. Reliability Comparison between Standard and Energy Efficient33 (1)： 135142Motors. IEEE Transactions on Industry Applications.1997，本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：研究意义电动机作为机电能量转换装置，其应用范围己遍及国民经济的各个领域以及人们的 日常生活之中。与采用机械机构（电刷）进行换向的传统直流电机相比，无刷直流龟动 机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠和维护方便等一系列优点，又具备直流电动 机的运

10、行效率离、无励磁损耗及调速性能好等诸多优点，在当今国民经济各个领域的应 用日益普及。无刷直流电动机控制系统是一种新型的调速系统，是具有数字化特点的电 动机控制系统，该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点， 又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国 民经济各领域应用日益普及。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代 替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实 现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体 功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均 为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。研究内容查