永磁无刷直流电机控制系统设计

论文摘要

无刷直流电机(BLDCM)是具有定子(电枢)绕组和永磁(PM)或凸极软铁转子结构的新型电机,具有大转矩、高效率、控制简单、易维护等优点。随着电力电子技术、永磁材料及新型控制理论的发展,永磁无刷直流电机在高性能的伺服驱动领域具有广阔的应用前景。论文从研究永磁无刷直流电机的结构出发,详细论述了其工作原理。直接利用电机的相变量建立的电机数学模型方便、准确,在此基础上分析了电机的诸多特性。分析表明,与传统直流电机有相似的控制性能,即改变电源电压实现无级调速,控制电枢电流即可控制电磁转矩。论文分析了永磁无刷直流电机的电枢反应以及利用电流换向超前反电动势时直轴电枢反应的去磁效果达到等效弱磁扩速的目的;讨论了电机的各种制动方式,重点研究了能量回馈制动方式的原理。系统采用电流环、速度环双闭环的控制策略,电流环与速度环均采用PI控制。在比较了各种硬件控制方式的基础上,设计了以16位定点电机优化控制芯片TMS320LF2407A为核心的硬件控制系统,并完成了控制系统的软件设计和系统调试。硬件控制系统的设计包括控制电路、电流采样电路、转子位置检测电路以及驱动及逆变电路等;对各功能模块(转子位置捕获、电流采样、速度计算、弱磁、电流调节、速度调节等)的软件实现、数字PI算法进行了详细论述。经实验验证,本文提出的永磁无刷直流电机数字化控制策略正确、可行,控制系统硬件简单、可靠性高,控制系统具有良好的控制效果。论文所做的工作为永磁无刷直流电机的广泛应用提供了一定的理论参考依据和工程实际方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 无刷直流电机的发展
• 1.3 论文主要内容
• 2 永磁无刷直流电机运行原理
• 2.1 永磁无刷直流电机驱动系统构成
• 2.2 永磁无刷直流电机的运行原理
• 2.3 PWM 调制方式对转矩脉动的影响
• 2.4 小结
• 3 永磁无刷直流电机的控制方案与硬件实现
• 3.1 永磁无刷直流电机的控制方案
• 3.2 电机控制芯片概述
• 3.3 控制系统硬件设计
• 3.4 硬件可靠性设计
• 3.5 小结
• 4 控制系统的软件实现
• 4.1 控制系统软件的总体要求
• 4.2 程序设计及实现
• 4.3 数值表示方法
• 4.4 小结
• 5 实验结果与分析
• 5.1 基本实验及分析
• 5.2 弱磁实验及分析
• 5.3 转速控制及分析
• 5.4 小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书