【正文】 ， 由于其靈活性很高，因此如何設(shè)計一個實用的控制系統(tǒng)是現(xiàn)在面臨的主要問題。推導(dǎo)出了無刷電機的動態(tài)方程式和動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。 在零初始條件下，對式 2． 2． 9 取拉氏變換得： 坐 ! ：型旦 f， 2． 11 一一 l 二． Us 一 EsT,s+1 墜 ! ：生 2． 12 ． fs 一 Its』： s 由式 2． 1 和式 2． 12 可得無刷直流電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為： 圖 2． 6 無刷電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 從電機動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以看出，無刷直流電動機的動態(tài) 結(jié)構(gòu)圖與普通有刷直流電動機 的完全相同，數(shù)學(xué)模型也是類似的。 n，而電磁轉(zhuǎn)矩與電流成正比疋 kr』 f。 根據(jù)圖 2． 5 可得到三相繞組的電壓方程如下【 31： 屹 ‰ U1．， R 0 0 R O O + 厶 kk k 厶厶，．， kk 厶。從圖 2． 5 可以看出無刷直流電動機的轉(zhuǎn) 矩是脈 動的，輸出的轉(zhuǎn)矩是一個平均轉(zhuǎn)矩。如假定流過 A 相繞組的電流為 I，則流過 B、 C 相繞組的電流分別 為耽。下面介紹三相兩極無刷直流電機兩兩通電模式、導(dǎo)通 1200 電角的工作原理。每次電動機換相都會通過一相提供電 源輸入電流流入該相，另一相提供電源輸出電流從該相流出。它的特點是任何此狀態(tài)下電樞繞組全部導(dǎo)通，總是某兩相繞組串聯(lián)后再與 另一組繞組并聯(lián)，只是各相通電順序與電流流過的方向不同。電機有 6 個通電狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相同時導(dǎo)通，每個晶體管導(dǎo)通角為 180。 2． 1． 3BLDCM 功率電子驅(qū)動裝置 無刷直流電動機需要用功率電子開關(guān)器件組成的功率驅(qū)動器才能工作。 3 諧振式是利用電感和電容等元件組成的諧振電路，當(dāng)滿足諧振條件時，輸出 信 號最強，以此控制電樞繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。轉(zhuǎn)子位置傳感器目前主要有敏感式、耦合式、諧振式 和接近式等。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同主要在于磁鋼形式，通常分為表面粘貼式 磁鋼和內(nèi)嵌式磁鋼兩類。 1 定子主要由放在內(nèi)側(cè)、帶有繞組的電磁碟片構(gòu)成。 圖 2． 1 無刷直流電動機原理框圖 2． 1． 1 BLDCM 本體結(jié)構(gòu)組成 電機本體主要部件有安裝在電樞繞組的定子和帶有永磁極的轉(zhuǎn)子。 2． 1 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) IllJ5l 無刷直流電動機 BLDCM， BrushlessDirectCurrentMo or 是隨著電子技術(shù)、功率 半導(dǎo)體技術(shù)和高性能的磁性材料制造技術(shù)的飛速發(fā)展出現(xiàn)的一種新型電機，目前主要應(yīng) 用于家電、汽車、航空航天、醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)自動化等領(lǐng)域。 第五章詳細(xì)闡述了控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計方 法和各主要功能模塊的功能，并給出了 程序流程圖和詳細(xì)程序代碼。 第二章 介紹了無刷直流電動機的工作原理和幾種常用的轉(zhuǎn)子檢測裝置以及功率 電子驅(qū)動方式，推導(dǎo)了電機三角形接法的數(shù)學(xué)模型，得出了電機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖。在國家的大力推動下，我們國家的伺服控制系統(tǒng)取得了巨 大的進(jìn)步。尤其是在全數(shù)字化的高性能 伺服驅(qū)動技術(shù)方面還有很大差距，已經(jīng)成為我國發(fā)展高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的“瓶頸”問 題。歐美品牌在高端產(chǎn)品、生產(chǎn)線上有較強競爭力，其市 4 ‘ 碩士論文 基于 DSP 的直流倒服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn) 場策略是高性能、高價格，以全套自動化解決方案作為主要特點 f8l。華中數(shù)控、廣數(shù)、航天數(shù)控、藍(lán)天高精 數(shù)控主要集中在數(shù)控機床領(lǐng)域。 1． 4 國內(nèi)外伺服控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 上世紀(jì) 70 年代，我國伺服控制系統(tǒng)主要研究力量集中在高等院校、科研院所，以 軍工、航空宇航為應(yīng)用對象，不考慮成本因素。 這種集成化的伺服控制系統(tǒng)可以滿足不同用戶的需求，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。 3 l 緒論 碩士論文 3 智能化 現(xiàn)代的伺服控制系統(tǒng)采用各種人工智能控制理論，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模 式識別等方法，具有自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、參數(shù)自整定的靈巧性智能特性。 2 微型化 采用高速微處理器和高性能數(shù)字信號處理器 DSP 作為伺服控制核心的控制策略， 逐步取代模擬控制方式。在過負(fù)荷特性和低慣性方面交流伺服電 機表現(xiàn)優(yōu)越，機械結(jié)構(gòu)相對直流電機簡單，可靠性高，交流伺服控 制技術(shù)已有逐步取代 直流伺服驅(qū)動技術(shù)的趨勢，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)之一。按組成系統(tǒng)元件的物理性質(zhì)可分為電氣 伺服系統(tǒng)、電氣．液壓伺服系統(tǒng)和電氣．氣動伺服系統(tǒng)。而且， DSP 的價格不斷下調(diào)，開發(fā)工具也越來越方便，所以， 以 DSP 為核心的電機控制器是未來電機控制領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢。單片機以 數(shù)字控制能力強為特點，但只能處理信息量不大的簡單系統(tǒng)。該電機體積小，控制方式靈活， 廣泛應(yīng)用于 機器人領(lǐng)域。 移動機器人設(shè)計指標(biāo)要求見表 1． 1 所示： l 《士論文 表 lJ 移動機器 A 澄計指標(biāo)要求 總體結(jié)構(gòu) 腰帶式 自重 ≤ 25kg 載荷 20kg 結(jié)構(gòu)指標(biāo) 措 載接口 二維隨動搭載平臺 地 結(jié)構(gòu)尺寸 長寬高： 700 400x3 0 硼 面 移 驅(qū)動輪直徑 190 岫 動 機 平地最大速度 lm／ s 器 人 平地正常速度 07m／ s 載 體 機動指標(biāo) 堆大通過坡度 30 4 樓梯通過能力 能通過普通標(biāo)準(zhǔn)樓梯 轉(zhuǎn)向能力 能原地零半徑轉(zhuǎn)向 續(xù)航能力 l 小時以上 搭載 調(diào)炮速度 20。針對南京市科技局的項 目要求， 結(jié)合當(dāng) fjif 移動機器人技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，研究開發(fā)一種能完成特殊作業(yè)要求的移 動機器人。 隨著計算機以及微電子技術(shù)的的發(fā)展，全數(shù)字化伺服控制技術(shù)是未來控制領(lǐng)域主要 發(fā)展趨勢。移動機器人的研究涉及機器人的 機械結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)、環(huán)境建模、導(dǎo)航定位、路徑規(guī)劃、運動控制、多傳感器信息融合、 故障診斷、容錯控制以及移動機器人導(dǎo)航控制平臺等 f31141。 自上世紀(jì)八十年代以來，機器人技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 研究生簽名：．趨】囝查、 弘 7 年鈿舶 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 南京理工大學(xué)有權(quán)保存本學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔，可以借閱或 上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并 授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的部分或全部內(nèi)容。實驗結(jié)果驗證了控制 器硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的可行性，新 PID 控制算法的優(yōu)越性。編寫了改進(jìn)型 PID 控制算法程序、 M 法測速程序、 ADC 電流采樣數(shù)字濾波程序和電機換相程序。 構(gòu)建了基于 TMS320F2812 的無刷直流電機控制硬件平臺。畢業(yè)設(shè)計論文 基于 DSP 的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn) 南京理工大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于 DSP 的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn) 姓名：楊同杰 申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：機械制造及其自動化 指導(dǎo)教師：韓軍 20200525 碩二 J：論文 基于 DSP 的直流伺服電機控制器設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要 本文針對移動機器人運動控制器的要求，設(shè)計了一款基于 DSP 的無刷直流電機伺 服控制器。 推導(dǎo)了新的積分分離加積分修正系數(shù)的 PID 控制算法。 在 CCS3． 3 環(huán)境下開發(fā)了控制系統(tǒng) C 程序軟件。對比了不同 PID 參數(shù)下的系統(tǒng)響應(yīng)狀況，詳細(xì)分析了實驗中出現(xiàn)的各種問題。與我一同工作的同事對本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均己在論文 中作了明確的說明。我們國家是一個制造業(yè)大國， 為了提升我國制造業(yè)技術(shù)水平，將我國發(fā)展成為制造業(yè)強國，必須重點研究各類重要生 產(chǎn)裝備，尤其是伺服控制技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)【168。移動機器人是研究的熱點之一 ，發(fā)展速度很 快，已被廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)以及軍用等諸多領(lǐng)域。移動機器 人對運動性能的要求比較高，大多數(shù)運動控制系統(tǒng)主要采用的是伺服控制技術(shù)。 1． 2 課題研究背景、目的及意義 本課題來源于南京市科技局的“多功能移動機器人項目 。運 動控制方式有自主控制和遙控兩種模式可供選擇。機器人三維模型 該移動機器人的動力是由無刷直流伺服電機提供的。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微機和數(shù)字控制芯片的運算能力和可靠性得到很大提高，以 單片機為控制核心的全數(shù)字化控制系統(tǒng)不斷的取代傳統(tǒng)的模擬器件控制系統(tǒng)。因此世界上各大 DSP 廠商將 DSP 與單片機相結(jié)合，開 發(fā)