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基于PWM的直流无刷电机控制系统

作　者: 汪小锋
导　师: 陈文建；张维玺
学　校: 南京理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 直流无刷电机过流保护欠压保护软启动升降速数学模型
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 1532次
引　用: 4次
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内容摘要

近年来,无刷直流电动机愈来愈多地在很多领域得到应用,它除了保持有刷直流电动机优越的起动性能和调速性能以外,其最大的特点,就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构,因而具有寿命长、噪声低、运行可靠、维护简便等一系列优点,且由于其转速不受机械换向的限制,可在宽广的范围内平滑地调速。在电动自行车上应用无刷直流电动机来取代原来的有刷直流电动机,由于采用了电子无接触式换向,不仅延长了电机的使用寿命,而且调速方便,易于控制,运行平稳。本文以直流无刷电机为研究对象,以无刷直流电机控制系统为控制目标,以PWM为控制设计技术,采用PIC系列单片机为主控芯片,文章主要研究其电压换向、过流保护、欠压保护、起动和调速和纯堵转保护等功能。文章研究包含硬件和软件两个方面,硬件方面实现的功能有:电源设计、转把输入设计、驱动电路设计、过流保护电路设计、欠压保护电路设计和换相电路设计等部分;软件方面实现的功能有:驱动控制的设计、软启动的设计、升降速的设计、速度给定检测的设计、电源电压检测的设计、纯堵转保护的设计和刹车控制的设计等部分。文章介绍了直流无刷电机控制器的功能硬件图和程序结构流程,介绍了利用MATLAB仿真技术设计系统仿真的数学模型和仿真设计的方法,并根据仿真波形分析得出仿真结果。附录中给出了作者编写程序模块和部分程序和可参考的汇编宏定义段,并且列出了设计过程中发表的相关方面的学术论文。本课题经过系统仿真、理论分析和系统调试,控制系统性能稳定,可靠性佳,实现了既定的功能,达到了设计指标的要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
1 绪论  9-26
  1.1 课题的意义  9-10
  1.2 课题的发展状况  10-11
  1.3 电动自行车的组成  11-14
    1.3.1 电源(蓄电池)  11-12
    1.3.2 电机  12-14
    1.3.3 电机控制器  14
  1.4 直流无刷电机原理简介  14-18
    1.4.1 直流无刷电机的发展  14-15
    1.4.2 直流无刷电机的运行原理  15-17
    1.4.3 直流无刷电机的结构  17-18
  1.5 课题的驱动电机原理  18-23
    1.5.1 位置传感器在直流无刷电机中的原理  19-20
    1.5.2 直流无刷电机的传递函数  20-23
  1.6 电动自行车的爬坡阻力和转矩  23-24
  1.7 电机的反电势系数Ke和转矩常数Km  24
  1.8 爬坡所需电流(峰值)计算  24-25
  1.9 课题的主要研究工作  25-26
2 课题整体方案设计  26-42
  2.1 控制系统硬件方案设计  26-32
    2.1.1 芯片选型  26-27
    2.1.2 控制系统电源部分电路的设计  27-28
    2.1.3 控制系统转把输入部分电路的设计  28-29
    2.1.4 控制系统驱动部分电路的设计  29-31
    2.1.5 控制系统过流保护电路的设计  31
    2.1.6 控制系统欠压保护的电路设计  31
    2.1.7 控制系统换相部分电路设计  31-32
  2.2 控制系统软件方案设计  32-35
    2.2.1 主程序的设计  32-33
    2.2.2 系统基本功能在软件中的实现  33-35
    2.2.3 PIC14位单片机的特殊程序存储结构及寻址  35
  2.3 程序流程  35-42
    2.3.1 主体程序结构  35-36
    2.3.2 换向检测输出流程  36-37
    2.3.3 电源电压检测监视流程  37-39
    2.3.4 PWM的控制流程  39
    2.3.5 速度给定运算流程  39
    2.3.6 电流采样中的A/D转换  39-42
3 系统的仿真设计与系统调试  42-47
  3.1 驱动系统仿真模型的建立  42-44
    3.1.1 无刷直流电机模块  42-43
    3.1.2 三相桥式电路模块  43
    3.1.3 PWM波生成模块  43-44
  3.2 系统调试  44-45
  3.3 实验的结果及分析  45-47
    3.3.1 实验结果  45-46
    3.3.2 结果分析  46-47
4 结论  47-48
在读期间发表的学术论文与研究成果  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-52
附录A 中断服务程序  52-56
附录B 可通用于PIC14位单片机的宏定义  56-58

基于PWM的直流无刷电机控制系统

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