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基于dsPIC的无刷直流电机调速控制与实验研究

作　者: 李昆
导　师: 张连凯
学　校: 北京化工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 无刷直流电机调速控制 dsPIC 脉冲宽度调制
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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引　用: 2次
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内容摘要

电机是电气传动系统、位置伺服系统中重要的驱动和执行元件。无刷直流电机具有传统直流电机的高运行效率和优调速性能优点,又克服了电机电刷换向时容易产生噪声、火花和干扰并且影响寿命等致命缺陷,因此在工业生产和科研工作中应用非常广泛。近年来,随着永磁材料和相关电子技术的发展,人们对无刷直流电机的关注度越来越高,利用无刷电机的各种高性能工控系统也越来越多地出现在人们的视野中。无刷直流电机控制系统的应用方向主要是调速控制、位置控制和转矩控制,其中调速控制是最基本也是最核心的方向。脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,利用PWM技术改变供电电压的占空比可以实现对电机转速的调节。PID控制是工业自动控制系统经常使用的控制方法,采用速度和电流的双闭环结构可以实现对无刷直流电机的可靠调速控制。本文在介绍了无刷直流电机及其控制系统的发展情况之后,首先研究了无刷直流电机的结构特点和工作原理,简要分析了电机拖动系统和控制系统的数学模型。然后,在确定以微芯(MICROCHIP)公司的dsPIC30F2010作为系统的主控芯片之后,设计了相关的硬件电路并编写了软件代码,研制出一套无刷直流电机的调速控制系统。设计了系统运行试验,对调速系统的性能进行了测试。对于无刷直流电机调速系统在低速下运行时出现的不平稳问题进行了分析,并讨论了解决的方法。本文的出发点是设计面向市场的产品级无刷电机调速系统,在提高现有产品的控制精度和运行性能的前提下,不增加外形尺寸,不扩展用处不大的外围功能,结合实践经验与较为成熟的控制算法,对推动无刷直流电机转速控制技术的工程应用具有实践意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
符号说明  14-15
第一章绪论  15-23
  1.1 直流电机发展及现状  15-19
    1.1.1 直流电机的发展  15-16
    1.1.2 直流电机的分类及特点  16-17
    1.1.3 无刷直流电机的发展  17-19
  1.2 直流电机运动控制技术发展及现状  19-20
  1.3 无刷直流电机控制所需要解决的问题  20-21
  1.4 无刷直流电机控制实现与实验基本构思  21-22
  1.5 小结  22-23
第二章无刷直流电机运行控制原理研究  23-35
  2.1 无刷直流电机结构分析  23-28
    2.1.1 无刷直流电机运行的基本原理  23-24
    2.1.2 电机本体  24-25
    2.1.3 电子换向器  25-26
    2.1.4 位置传感器  26-28
  2.2 无刷直流电机的数学模型  28-31
  2.3 无刷直流电机运行控制性能指标分析  31-32
    2.3.1 静态指标  31-32
    2.3.2 动态指标  32
  2.4 无刷直流电机运行控制可靠性分析  32-33
  2.5 小结  33-35
第三章无刷直流电机控制系统的硬件设计  35-47
  3.1 dsPIC芯片的特点和外围功能  35-37
    3.1.1 内核特点  35-36
    3.1.2 存储器构成  36
    3.1.3 外设功能  36-37
  3.2 控制系统硬件结构简介  37
  3.3 模块电路设计  37-43
    3.3.1 电源整流  37-38
    3.3.2 主控芯片外围电路  38-39
    3.3.3 驱动电路  39-40
    3.3.4 速度采样  40-41
    3.3.5 电流检测  41-42
    3.3.6 UART通讯接口  42-43
  3.4 电磁兼容性研究  43-44
  3.5 小结  44-47
第四章无刷直流电机控制系统的软件设计  47-57
  4.1 无刷直流电机运行控制基本模型分析  47-48
  4.2 无刷直流电机控制软件开发工具  48-49
  4.3 无刷直流电机控制系统的软件结构  49-50
  4.4 软件程序调试  50-55
    4.4.1 初始化子程序  51-52
    4.4.2 PWM脉宽调制子程序  52-54
    4.4.3 换相中断子程序  54
    4.4.4 PID算法子程序  54-55
  4.5 小结  55-57
第五章无刷直流电机低速平稳性研究  57-63
  5.1 无刷直流电机低速平稳性分析  57
  5.2 影响无刷直流电机低速平稳性的主要因素  57-61
    5.2.1 摩擦力矩  57-59
    5.2.2 转矩波动  59-61
  5.3 无刷直流电机运行平稳性补偿控制  61-62
    5.3.1 对摩擦力矩的补偿  61
    5.3.2 对转矩波动的补偿  61-62
  5.4 小结  62-63
第六章无刷直流电机运行试验系统  63-69
  6.1 无刷直流电机运行试验系统构建  63-64
  6.2 无刷直流电机运行试验控制界面  64-65
  6.3 无刷直流电机运行试验数据分析  65-69
结论  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
研究成果及发表的学术论文  77-79
作者及导师简介  79-81
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  81-82

基于dsPIC的无刷直流电机调速控制与实验研究

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