【文章內(nèi)容簡介】 評定成績（百分制）： _______分 V 長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 畢業(yè) 設(shè)計 (論文 ) 答辯記錄及成績評定 學(xué)生姓名 XXX 專業(yè)班級 自動化 61002 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )題目 基于 DSP 的直 流無刷電機的控制 答辯時間 年 月 日 ～ 時 答辯地點 一、答辯小組組成 答辯小組組長： 成 員： 二、答辯記錄摘要 答辯小組 提問（分條摘要列舉） 學(xué)生 回答情況評判 三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定 （百分制） ： _______分 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )最終成績評定 (依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)設(shè)計 (論文 )評分的相關(guān)規(guī)定 ) 等級 (五級制 )： _______ 答辯小組組長 (簽名 ) ： 秘書 (簽名 )： 年 月 日 系答辯委員會主任 (簽名 )： 系 (蓋章 ) VI 基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生： XXX， 信息系 指導(dǎo)老師：王宇，長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 【 摘要 】傳統(tǒng)的直流電機由于其本身固有的特性，有機械換向器和電刷從而導(dǎo)致電機容量有限和可靠性不高、噪音大，迫使人們探索低噪音、高效率 并且大容量的驅(qū)動電機。隨著電力電子技術(shù)和微控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而成熟起來的永磁無刷直流電機具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大且可靠性高的特點，從而使其極有希望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直流電機成為電機的主流。 論文提出了基于 DSP芯片 TMS320LF2407A的永磁無刷直流電動機的控制系統(tǒng)設(shè)計方案。利用 DSP 系列芯片進行低成本、高智能無刷直流電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計，能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場合的需要。 本文主要從以下幾個方面進行了分析與研究： 首先根據(jù)其調(diào) 速原理確定系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)、控制技術(shù)、控制策略及控制芯片等；然后以 TI公司 DSP— TMS320LF2407A 為控制核心，結(jié)合 IR公司的驅(qū)動芯片 —IR21功率開關(guān)管 — IRF2807，進行系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計；最后應(yīng)用 C語言進行系統(tǒng)軟件程序的編寫。 【 關(guān)鍵詞 】 無刷直流電機；數(shù)字信號處理器；位置傳感器；調(diào)速 VII Design of a BLDC Motor Based on DSP Student: zhan mei jin, Department of Information Tutor: wang yu ,Engineering amp。 Technology College of Yangtze University 【 Abstract】 Although conventional DC motor is mechanical mentator and brush result in limited capability, low reliability, big noise .People manage to develop more quiet, high efficiency and reliability, big capability driving motor. With the development of the powerelectronics and microcontrol technique, permanentmag brushless DC motor which has small volume, light weight, high efficiency, low noise, big capability and reliability appeared and matured, so it is hopeful to bee main motor applied in our life. This dissertation presents a solution to control a permanentmag brushless DC motor using TMS320LF2407A. This new family of DSP enables costeffective design of intelligent controllers for brushless motors which can fulfill more conditions, consisting of fewer system ponents lower system cost and increased performances. The research is divided into three parts: The control structure, technology strategy and chip are confirmed by the timing principle。 Based on TI’s DSPTMS320LF2407A and IR’s drivingchipIR2130 and MosfetIR2807the hardware circuit is designed。 With assemble language of C, the software programs is written. 【 Key word】 Brushless DC motor。 DSP(digital signal processor)。 position sensor。 Speed regulation 前言 第 1 頁 (共 41 頁 ) 基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)設(shè)計 1 前言 無刷直流電動機控制系統(tǒng)是一種新型的調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的運行、控制及經(jīng)濟性能，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＳ绕渲档弥赋龅氖?，我國稀土資源豐富，稀土磁鋼生產(chǎn)已達到國際水平，如果充分利用和發(fā)揮我國在這方面的優(yōu)勢，大力發(fā)展稀土永磁電機 ，形成無刷直流電動機系列產(chǎn)品，將對提高我國機電產(chǎn)品在國際市場的競爭力，具有戰(zhàn)略意義。 本次設(shè)計中采用的是美國 TI 公司專門為電機的數(shù)字化控制設(shè)計的 16 位定點 DSP 控制器 TMS320LF2407A 作為微控制器。它集 DSP 的信號高速處理能力及適用于電機控制的優(yōu)化的外圍電路于一體，可以為高性能傳動控制提供可靠高效的信號處理與控制硬件。基于 DSP 控制器構(gòu)成的無刷直流電動機控制系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)的單片機無刷直流電動機控制系統(tǒng)和專用芯片無刷直流電動機控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，即專用的電動機控制機制，用戶可編程，擴展能力強，功 能強大等；同時又克服了它們各自的缺點，如外設(shè)和存儲器集成在芯片內(nèi)，可節(jié)省印刷電路板面積、減少系統(tǒng)中元器件的個數(shù)、提高 CPU 的處理能力、提高系統(tǒng)可靠性等 [1]。 本設(shè)計在對永磁無刷直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用綜述的基礎(chǔ)上，介紹了采用 DSP 芯片對無刷直流電動機進行換向與轉(zhuǎn)速控制的微機控制系統(tǒng)。文中給出了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，分析了無刷直流電機的工作原理，提出了驅(qū)動電路和控制電路的設(shè)計策略， DSP 外圍電路的設(shè)計。介紹了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運行特性及其設(shè)計方法。本設(shè)計的課題屬于實踐性質(zhì)的，完成好此設(shè)計對今后 的工作和學(xué)習(xí)都會有幫助的。 基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 2 頁 (共 41 頁 ) 2 選題背景 題目來源 題目來源于生產(chǎn) /社會實際。 課題研究的背景 電氣傳動是以電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為控制對象，按生產(chǎn)機械工藝要求進行電動機轉(zhuǎn)速控制的自動化系統(tǒng)。根據(jù)電動機的不同，工程上通常把電氣傳動分為直流電氣傳動和交流電氣傳動兩大類 。 縱觀電氣傳動的發(fā)展過程，交流與直流兩大電氣傳動并存于各個時期的各大工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，雖然它們所處的地位和作用不同，但它們始終隨著工業(yè)技術(shù)而發(fā)展的。特別是隨著電力電子技術(shù)和微電子學(xué)的發(fā)展，在相互競爭中完善著自身 ，發(fā)生著變更。由于直流電機具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，因此在工業(yè)場合應(yīng)用廣泛。近代，隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對電氣傳動在起制動、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速能力、靜態(tài)特性和動態(tài)響應(yīng)方面都提出了更高的要求，所以計算機控制電力拖動控制系統(tǒng)已成為計算機應(yīng)用的一個重要內(nèi)容。 直流調(diào)速系統(tǒng)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著更為廣泛的應(yīng)用。隨著計算機技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機結(jié)合使電力拖動控制技術(shù)產(chǎn) 生了新的變化。電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和直流拖動技術(shù)的組合是技術(shù)領(lǐng)域的交叉，具有廣泛的應(yīng)用前景。有不少的研究者己經(jīng)在用 DSP 作 為控制器進行研究。直流調(diào)速控制系統(tǒng)的控制方法經(jīng)歷了機械式的、雙機組式的、分立元件電路式的、集成電路式的、單片機式的發(fā)展過程。隨著數(shù)字信號處理器 DSP 的出現(xiàn)，給直流調(diào)速控制提供了新的手段和方法。將計算機技術(shù)的最新發(fā)展成果運用在直流調(diào)速系統(tǒng)中，在經(jīng)典控制的基礎(chǔ)之上探討一種新的控制方法，為計算機技術(shù)在電力拖動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用做些研究性的工作。用計算機技術(shù)實現(xiàn)直流調(diào)速控制系統(tǒng)，計算機的選型很多。經(jīng)過選擇，選取 DSP 芯片作為控制器。直流調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容十分豐富，有開環(huán)控制系統(tǒng)，有閉環(huán)控制系統(tǒng)；有單閉環(huán)控制系統(tǒng)，有雙閉環(huán) 控制系統(tǒng)和多閉環(huán)控制系統(tǒng)；有可逆調(diào)速系統(tǒng)，有不可逆調(diào)速系統(tǒng)等。 開展本課題研究的控制對象是閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；研究目的是利用計算機硬件和軟件發(fā)展最新成果，對控制系統(tǒng)升級進行研究；研究工作是在對控制對象全面回顧總選題背景 第 3 頁 (共 41 頁 ) 結(jié)的基礎(chǔ)上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件環(huán)境的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。目前，對于控制對象的研究和討論很多，有比較成熟的理論，但實現(xiàn)控制的方法和手段隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的發(fā)展，不斷地進行技術(shù)升級。這個過程經(jīng)歷了從分立元件控制，集成電路控制和單片計算 機控制等過程。每一次的技術(shù)升級都是控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進。隨著新的控制芯片的出現(xiàn)，給技術(shù)升級提供了新的可能。 課題研究的目的及意義 長期以來，直流電機一直占據(jù)著速度控制和位置控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高質(zhì)高效的平滑運轉(zhuǎn)的特性，盡管近年來不斷受到其它電動機的挑戰(zhàn)，但到目前為止，就其性能來說仍無其它電動機可比。 在控制系統(tǒng)的構(gòu)成上，本課題對硬件電路進行了設(shè)計，而這個硬件系統(tǒng)具有一定的通用性，也即可以將它作為一個硬件平臺，在其它過程控制中應(yīng)用。另外，由 DSP的特點量身訂做，可以在其它的控制系統(tǒng)中根據(jù)不同的要求進行外圍電路的設(shè)計，進而來構(gòu)成硬件的系統(tǒng)，這樣既便于設(shè)計思想的物化，又使得設(shè)計的系統(tǒng)更加緊湊，不浪費資源。 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向 近些年來，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電機的應(yīng)用技術(shù)也得到了進一步的發(fā)展，新產(chǎn)品、新技術(shù)層出不窮。除了人們己經(jīng)熟悉的普通電機外，許多不同用途的特種電機也不斷問世，如廣泛應(yīng)用于辦公設(shè)備的無刷直流電機和高精度的步進電機、用于照相機的超聲波電機、用于心臟血液循環(huán)系統(tǒng)的微型電機等。另一方面 ，由于應(yīng)用了電力電子技術(shù)，電機的控制技術(shù)變得更加靈活，效率也更高，如變頻器控制的異步電機及伺服系統(tǒng)即是典型的例子 [2]。 在實際中，電機應(yīng)用已由過去簡單的起?？刂?、提供動 力為目的應(yīng)用，上升到對其速度、位置、轉(zhuǎn)矩等進行精確的控制，使被驅(qū)動的機械運動符合預(yù)想的要求。例如在工業(yè)自動化、辦公室自動化和家庭住宅自動化方面使用大量的電機，幾乎都采用功率器件進行控制，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機械運動。這種新型控制技術(shù)己經(jīng)不是傳統(tǒng)的“電機控制”或“電氣傳動”而是“運動控制”。運動控制使被控機械實現(xiàn)精確位置控 制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力控制，以及這些被控基于 DSP 的直流無刷電機控制系統(tǒng)的設(shè)計 第 4 頁 (共 41 頁 ) 機械量的綜合控制。因此現(xiàn)代電機控制技術(shù)離不開功率器件和電機控制器的發(fā)展。 電機的控制器經(jīng)歷了從模擬控制器到數(shù)字控制器的發(fā)展。由于模擬器件的一些參數(shù)受外界因素影響較大，并且它的精度也差。所有這些都使得模擬控制器的可重復(fù)性比較差，控制效果不理想，因此調(diào)速電機的控制器逐漸朝數(shù)字化方向發(fā)展。數(shù)字控制器與模擬控制器相比較，具有可靠性高、參數(shù)調(diào)整方便、更改控制策略靈活、控制精度高、對環(huán)境因素不敏感等優(yōu)點。 隨著現(xiàn)有的工業(yè)電氣傳動、自動控制和家電領(lǐng)域?qū)﹄姍C控制產(chǎn)品需求 的增加用戶也不斷提高對電機控制技術(shù)的要求。總是希望能在驅(qū)動系統(tǒng)中集成更多的功能，達到更高的性能。許多設(shè)備試圖使用 8 位或是準(zhǔn) 16 位微處理器實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制，然而它們內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)