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基于DSP的直流无刷电机控制系统的研究

作　者: 井科伟
导　师: 罗耀华
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 直流无刷电机 TM5320F240 数字控制系统位置传感器 DSP
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文介绍了基于DSP的有位置传感器直流无刷电机控制系统的设计原理和设计过程。以如何构建该系统为中心，侧重于DSP技术在BLDCM控制系统中的具体应用。利用DSP芯片为核心设计的电机控制系统，具有结构简单、成本低、性能优良等特点，适合于各种电机控制系统。文章首先论述了TMS320F240 DSP控制器的特点及其在直流无刷电动机控制系统中的作用。接着对直流无刷电机的基本组成环节、基本工作原理、运行特性和传递函数作了详细的介绍，分析了直流无刷电机的换相过程和PWM信号的分配情况。在此基础上，提出了基于DSP技术的有位置传感器设计方案，并根据该方案分别进行了硬件电路和系统软件的设计与调试。硬件部分先作了整体设计的论述，然后论述了几个主要的电路设计，重点介绍了一些重要电子元器件及其参数的选择。软件部分也首先论述了整体设计，接着详细论述了软件实现方面的几个问题。最后，对实际系统的整体调试以及调试中出现的问题作了简要论述。并用数字示波器对实际系统的运行参数进行了观测，给出了结论。实践证明该系统工作良好，达到了预期目标。

全文目录

第1章绪论  9-14
  1.1 课题的背景  9-12
    1.1.1 国外交流及永磁电力推进的发展状况  9-10
    1.1.2 永磁同步电动机的发展概况  10-12
    1.1.3 潜艇永磁电力推进电动机系统的国内状况  12
  1.2 课题的研究内容和意义  12-14
第2章控制芯片TMS320F240简介  14-21
  2.1 TMS320F240的特点  14-15
  2.2 TMS320F240的事件管理模块工作原理  15-20
    2.2.1 六路PWM波形的产生  16-18
    2.2.2 捕获单元  18-19
    2.2.3 事件管理模块的中断系统  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第3章直流无刷电机的工作原理  21-31
  3.1 直流无刷电动机的数学模型  21-24
  3.2 直流无刷电机的运行特性和传递函数  24-28
  3.3 直流无刷电机的换相和PWM信号的分配  28-29
  3.4 直流无刷电动机及其调速系统的特点  29-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章直流无刷电动机的控制方案设计  31-36
  4.1 系统构成  31
  4.2 系统介绍  31-35
    4.2.1 转子位置检测环节  31-32
    4.2.2 换相的控制  32-33
    4.2.3 双闭环PI调节器  33-34
    4.2.4 转速给定和PWM波形的产生  34-35
  4.3 本章小结  35-36
第5章控制系统的硬件设计  36-50
  5.1 概述  36-37
  5.2 变频器的选择及主电路设计  37-38
  5.3 IPM模块及其驱动单元  38-42
    5.3.1 IPM的一般特点  38-39
    5.3.2 IPM模块的应用电路  39-41
    5.3.3 驱动电路光电耦合器的选择  41
    5.3.4 主回路散热设计  41-42
  5.4 以DSP为核心的控制驱动电路的设计  42-46
    5.4.1 JTAG接口及扩展RAM  43
    5.4.2 位置传感器信号的处理  43-44
    5.4.3 转速及电流的检测  44-45
    5.4.4 驱动以及控制电源设计  45-46
  5.5 故障处理和保护环节  46
  5.6 控制系统对外接口  46-49
    5.6.1 USB总线简介  46-47
    5.6.2 PDIUSBD12简介  47-48
    5.6.3 PDIUSBD12在系统中的应用  48-49
  5.7 本章小结  49-50
第6章控制系统双闭环设计  50-57
  6.1 双闭环系统设计综述  50-51
  6.2 直流无刷电机控制系统的设计要求  51
    6.2.1 直流无刷电动机的参数  51
    6.2.2 控制系统设计要求  51
  6.3 双闭环的设计  51-55
    6.3.1 电流环的设计  52-54
    6.3.2 转速环的设计  54-55
  6.4 参数计算  55-56
    6.4.1 电流环参数计算  55-56
    6.4.2 转速环设计  56
  6.5 本章小结  56-57
第7章系统软件部分设计  57-74
  7.1 DSP软件设计的特点  57-62
    7.1.1 程序模块化-COFF文件介绍  57-58
    7.1.2 程序中参数的引用与传递  58-60
    7.1.3 预定义宏的使用  60
    7.1.4 链接器命令文件  60-62
    7.1.5 DSP中资源的使用  62
  7.2 有位置传感器控制系统软件设计  62-70
    7.2.1 中断程序的处理  63-64
    7.2.2 转子位置检测模块  64-66
    7.2.3 A／D读入模块及转速显示  66-68
    7.2.4 PWM波形生成模块  68-69
    7.2.5 PI调节器环节  69-70
  7.3 USB接口部分  70-73
    7.3.1 DSP部分程序的编写  70-71
    7.3.2 驱动程序的编写  71-72
    7.3.3 应用程序的编写  72-73
  7.4 本章小结  73-74
第8章系统的调试与分析  74-84
  8.1 硬件调试  74-75
    8.1.1 霍尔传感器的调试  74
    8.1.2 USB接口的调试  74-75
  8.2 软件部分的调试  75
  8.3 系统的运行分析  75-81
    8.3.1 位置传感器信号  75-77
    8.3.2 电机低速运行时状态波形  77-81
    8.3.3 高速运行时状态波形  81
  8.4 本章小结  81-84
结论  84-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间所发表的论文  90-91
致谢  91

基于DSP的直流无刷电机控制系统的研究

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