【正文】 eristics. Brushless DC motor control system is a motor control system has the characteristic of digital. Mainly by changing the amplitude of stator winding voltage to adjust the speed of the rotor in the design of the motor speed control system, using the microprocessor finished for high performance control of Brushless DC motor, successfully realized the brush DC motor speed regulation without. KEY WORDS: Brushless DC motor BLDC， Winding voltage， DSP， PID 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 目錄 V 目 錄 1 緒論 .............................................................. 1 課題研究的背景 .............................................. 1 課題研究的現(xiàn)狀 .............................................. 2 課題研究的內(nèi)容 .............................................. 3 2 無(wú)刷直流電機(jī)的基本原理 ............................................ 5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本組成 .................................... 5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理 ................................ 6 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器 .................................. 6 3 無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型及 PID 控制器的設(shè)計(jì) ........................... 13 無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行特性 ..................................... 13 無(wú)刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 ..................................... 14 無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 ......................................... 15 電勢(shì)系數(shù) CK 和轉(zhuǎn)矩系數(shù) TK ................................... 15 無(wú)刷直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 ..................................... 16 PID控制算法 ................................................ 17 PWM 技術(shù) .................................................... 19 4 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ..................................... 23 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 ............................. 23 電機(jī)控制平臺(tái)主電路設(shè)計(jì) ..................................... 23 電機(jī)主電路圖 ............................................... 24 供電電源電路 ............................................... 25 PWM 驅(qū)動(dòng)電路 ................................................ 26 串行接口電路 ............................................... 28 電流檢測(cè)電路 ............................................... 29 5 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................... 31 軟件整體設(shè)計(jì) ............................................... 31 系統(tǒng) 的初始化程序設(shè)計(jì) ....................................... 32 系統(tǒng) DSP 主程序 ............................................. 33 系統(tǒng)中斷服務(wù)程序 ........................................... 34 系統(tǒng)子程序 ................................................. 34 電流采樣計(jì)算子程序 .................................... 35 轉(zhuǎn)速采樣計(jì)算子程序 .................................... 35 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VI 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序 ........................................ 35 6 總結(jié)與展望 ....................................................... 37 致 謝 ............................................................. 39 參考文獻(xiàn) ...........................................................41 緒論 1 1 緒論 課題研究的背景 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是以電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為控制對(duì)象，按生產(chǎn)機(jī)械工藝要求進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的自動(dòng)化系統(tǒng)。有不少的研究者已經(jīng)在用 DSP 作為控制器進(jìn)行研究。 本課題研究的控制對(duì)象是閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。其中無(wú)刷直流電機(jī)是利用電子換相替代機(jī)械換相和電刷，既具有直流電動(dòng)機(jī)良好的調(diào)速性能，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但由于該電動(dòng)機(jī)尚無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而不能產(chǎn)品化。為了科學(xué)界定無(wú)刷直流電機(jī)與其他類型電機(jī)，許多學(xué)者作了大量工作，其中 A． Kusko 在 1988年提出包含電機(jī)本體與電路形式在內(nèi)的無(wú)刷直 流電機(jī)的定義逐漸被廣泛接受。其定子繞組一般制成多相 (三相 、四相、五相不等 )，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì)數(shù) (2p=2， 4，? )組成。電動(dòng)機(jī)的定子繞組分別為 A相、 B 相、 C 相，因此，位置傳感上也有 3 個(gè)接收元件 1V 、 2V 、 3V 與之對(duì)應(yīng)。轉(zhuǎn)子是一個(gè)用非導(dǎo)磁材料 (如鋁合金 )制成的圓盤，其上面鑲嵌有扇形的導(dǎo)磁材料。這樣循環(huán)下去，電磁式位置傳感器就得到 3個(gè)輸出 AU 、 BU 、 CU ，它們呈脈動(dòng)形狀，互相間隔 120。當(dāng)遮光板上的扇形開口對(duì)著某個(gè)光敏元件因接收到對(duì)面的發(fā)光二極管發(fā)出的光而產(chǎn)生光電流輸出；而其他光敏接收元件由于被遮光板擋住光而接收不到光信號(hào)，所以沒有輸出。通過感知轉(zhuǎn)子上的磁場(chǎng)強(qiáng)弱變化來(lái)辨別轉(zhuǎn)子所處的位置。 (2)忽略電樞繞組的電感，電樞繞組電流可以突變 。根據(jù)假設(shè) (1)，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在氣隙中按正余弦分布，因此電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)在電樞繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也是按正余弦規(guī)律變化。 m2)，2GD =4gJ(J 為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 )。圖中 r(t)是給定值，y(t)是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，實(shí)際輸出值與給定值構(gòu)成控制偏差 c(t)。積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用雖然會(huì)消除靜態(tài)誤差，但也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。但微分系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的噪音很敏感，對(duì)噪音大的系統(tǒng)一般不使用微分，或在微分起作用之前先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波。 t1秒后，開關(guān)管柵極輸入變?yōu)榈碗妷?，開關(guān)管截止，電機(jī)電驅(qū)兩端電壓為 0。 3） .定頻調(diào)寬法：這種方法是保持周期 T不變，而改變 1t 和 2t 。在接入IPM之前，首先串連一個(gè)電流霍爾傳感器，測(cè)量直流母線電流，送 給 DSP的 I／ O口，用于母線過流保護(hù)；并聯(lián)一個(gè)電壓霍爾傳感器，測(cè)量直流母線電壓，送給 DSP的 I／ O口，用于母線過壓保護(hù)?？?見，電機(jī)有 6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 120電角度。內(nèi)部比較器可以對(duì)穩(wěn)壓器的輸出電壓進(jìn)行監(jiān)控，以檢測(cè)穩(wěn)定輸出電壓的欠壓狀況。驅(qū)動(dòng)芯片采用帶光耦隔離的專用驅(qū)動(dòng)芯片 HCPL3120，為保證功率管 D1可靠關(guān)斷， 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 27 抑制 dv/dt引起的誤觸發(fā)， D1采用穩(wěn)壓管 IN4733，使其獲得 5V左右的關(guān)斷電壓。 SCI模塊采用標(biāo)準(zhǔn)非歸零數(shù)據(jù)格式 ，可以與 CPU或其他通信數(shù)據(jù)格式兼容的異步外設(shè)進(jìn)行數(shù)字通信。（如前文的電平轉(zhuǎn)換電路） 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 29 圖 46 TMS320F2812串行通信接口電路圖 電流檢測(cè)電路 本課題選用電流傳感器來(lái)檢測(cè)電機(jī)相電流，實(shí)驗(yàn)中選用了瑞士萊姆公司的型號(hào)為 LA58一 P的電流傳感器。采樣得到的電壓值需要經(jīng)過一定的縮放，因此要使用運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 51（ b） 系統(tǒng)主流程圖 系統(tǒng)初始化程序負(fù)責(zé)完成 DSP的初始化、 DSP運(yùn)行環(huán)境的定義等工作。整個(gè) F2812DSP初始化主要分為系統(tǒng)初始 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 33 化、外設(shè)初始化和全局變量賦初值三大部分。系統(tǒng)主程序流程如圖 53所示。它是一個(gè)獨(dú)立的匯編程序文件，它按照內(nèi)存區(qū) 的規(guī)定，利用無(wú)條件跳轉(zhuǎn)語(yǔ)句使程序在復(fù)位或發(fā)生中斷之后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序入口地址。目前，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)己廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、儀器儀表、汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等方面和領(lǐng)域。該方案對(duì)多種系統(tǒng)干擾具有較強(qiáng)的抑制能力。 致謝 39 致 謝 我的畢業(yè)論文的完成是基于我的導(dǎo)師 ***老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo) ,從初稿的起草到最終論文的完成 ,王老師一直給予我認(rèn)真的指導(dǎo)和不懈 的支持 ,尤其是在論文將要定稿的階段 ,我深切的體會(huì)到王老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)格和作為一名人民教師的