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无刷直流电机分布式控制系统设计

作　者: 卢锋
导　师: 张建军
学　校: 西安科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无刷直流电动机 CAN 分布式控制系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 211次
引　用: 4次
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内容摘要

无刷直流电机以其高效能、低成本、易维护等诸多优点,在生产及日常生活中得到广泛的应用。随着工业生产自动化的发展,电机的控制方法也由原来的单电机独立控制转变为网络化集中控制。本文在ARM芯片LM3S8962的基础上设计了无刷直流电动机数字调速系统。引入CAN总线技术,使其具有组网功能和远程通信能力,可完成远程控制、集中管理。首先,论述了无刷直流电机的基本构成、工作原理和数学模型;并对其调速原理和调速方法进行了研究;提出了电流、速度双闭环数字化无刷直流电机控制策略。系统以LM3S8962为控制核心,在此基础上完成了控制系统硬件设计。控制电路主要包括电流/电压检测保护电路、速度/位置检测电路、驱动及逆变电路、CAN通信接口电路和人机接口电路等。接着,在硬件设计的基础上,调用底层驱动库函数进行了系统软件程序的编写。针对电机运行环境恶劣、干扰严重的特点,在系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑,并采取相应的措施,有效地提高了系统的可靠性和实用性。通过现场的安装实验,基本达到了性能指标要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-11
  1.1 无刷直流电机控制器的研究背景  8-9
    1.1.1 无刷直流电机发展概况  8
    1.1.2 国内外发展动态  8-9
  1.2 高性能控制系统急需解决的问题  9-10
  1.3 本课题研究的内容  10-11
2 无刷直流电机的控制原理及数学模型  11-28
  2.1 无刷直流电机的结构原理  11-14
    2.1.1 电机本体  11-12
    2.1.2 位置检测  12-14
  2.2 无刷直流电机的运行原理  14-15
  2.3 无刷直流电机的驱动  15-18
  2.4 无刷直流电机本体数学模型  18-20
  2.5 无刷直流电动机双闭环控制系统原理及工程设计  20-28
    2.5.1 无刷直流电机双闭环控制系统原理  20-21
    2.5.2 无刷直流电机双闭环控制系统动态数学模型建立  21-28
3 基于ARM 的无刷直流电机控制策略  28-42
  3.1 ARM 处理器  28-29
    3.1.1 ARM 简介  28
    3.1.2 LM3S8962 简介  28-29
  3.2 现场总线与CAN 总线  29-34
    3.2.1 CAN 通信参考模型  31-32
    3.2.2 CAN 网络通信协议  32-34
  3.3 数字PID 控制算法  34-38
    3.3.1 模拟PID 控制原理  34-35
    3.3.2 数字PID 控制器  35-37
    3.3.3 数字PID 参数选择  37-38
  3.4 基于 LM3S8962 的无刷直流电动机控制系统策略  38-42
    3.4.1 系统实现策略  38-39
    3.4.2 双闭环实现策略  39-40
    3.4.3 PWM 信号实现策略  40-41
    3.4.4 数据通信功能实现策略  41-42
4 控制系统硬件电路的实现  42-52
  4.1 主回路部分设计  42-45
  4.2 检测保护电路设计  45-48
    4.2.1 电流检测保护电路  45-47
    4.2.2 电压检测保护电路  47
    4.2.3 位置速度检测电路  47-48
  4.3 CAN 节点电路设计  48-49
  4.4 人机接口部分设计  49-50
  4.5 供电部分设计  50
  4.6 系统的电磁兼容性设计  50-52
5 控制系统软件设计  52-62
  5.1 ARM 软件开发环境  52
  5.2 软件设计任务概述  52-53
  5.3 主程序设计  53-57
    5.3.1 系统初始化  53-56
    5.3.2 电机预起动  56-57
  5.4 中断服务子程序设计  57-62
    5.4.1 键盘中断子程序  57
    5.4.2 位置信号中断子程序  57-59
    5.4.3 ADC 转换中断子程序  59
    5.4.4 定时中断子程序  59-60
    5.4.5 CAN 模块通信子程序  60-62
6 调试与安装实验  62-66
  6.1 实验环境  62-63
  6.2 系统调试  63
  6.3 系统运行分析  63-66
7 总结  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
附录  70-71

无刷直流电机分布式控制系统设计

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