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基于DSP的无刷直流电机实验系统的研究与设计

庞向坤  
【摘要】: 目前,随着电力电子技术、控制理论以及实现各种软算法的微处理器技术、检测技术及数字信号处理技术的迅猛发展,电机控制技术也面临着前所未有的机遇与挑战。这些技术和理论逐渐渗透到各种电机的运动控制系统中,大大提高了电力拖动系统的动、静态性能。无刷直流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,又兼有直流电动机的运行效率高、无励磁损耗及调速性能好的特点,特别是我国的稀土材料为世界第一,为高性能直流无刷电动机的发展创造了得天独厚的条件。本文以永磁方波无刷直流电机(BLDCM)为控制对象,设计了一套基于DSP控制的无刷直流电机实验系统。 本文首先介绍了无刷直流电机及其控制技术的发展与现状、无刷直流电机的结构与工作原理及其数学模型,然后论述了无刷直流电机的控制技术和策略,在比较分析各种控制方法的优缺点的基础上,将先进的模糊控制理论运用到传统的PID控制器中,有效地克服了无刷直流电机的非线性、参数时变性、模型不确定性等引起的控制难的问题,它的控制性能明显优于传统的PID控制器。同时借助强大MATLAB/SIMULINK,根据模糊-PID控制器的特点和无刷直流电机的数学模型,构建了模糊-PID控制系统的仿真模型,并进行了仿真验证。 在系统的硬件设计中,首先介绍了系统的整体结构,给出了系统总体硬件电路设计方案,包括DSP外围电路、信号调理电路和功率驱动电路等主要电路设计,同时,对位置信号检测电路、母线电流检测电路、及故障逻辑电路进行了设计。对于各种电路之间的密切配合,都是从课题的实际出发,对硬件电路的设计展开了细致的考虑。 控制系统的软件设计,包括下位机和上位机的软件设计。下位机主要包括主程序设计和相关的中断服务子程序,并基于模块化结构设计思想绘制了流程框图;在上位机的程序设计中,主要探讨了32位Windows系统中对PC机串行口的打开设置与读/写操作以及读串口后对接收到数据帧的处理,从而实现了利用串口通讯完成上下位机数据及时准确的传输。 论文最后对无刷直流电机实验系统进行了调试和测试,根据系统的运行状况,通过实验分析验证了本文提出的模糊-PID控制算法的正确性和可行性,系统设计的正确性,硬件平台的稳定性,软件运行的平稳性,满足设计要求。


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