无刷直流电机分布式控制系统设计
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摘要
无刷直流电机以其高效能、低成本、易维护等诸多优点,在生产及日常生活中得到广泛的应用。随着工业生产自动化的发展,电机的控制方法也由原来的单电机独立控制转变为网络化集中控制。
本文在ARM芯片LM3S8962的基础上设计了无刷直流电动机数字调速系统。引入CAN总线技术,使其具有组网功能和远程通信能力,可完成远程控制、集中管理。
首先,论述了无刷直流电机的基本构成、工作原理和数学模型;并对其调速原理和调速方法进行了研究;提出了电流、速度双闭环数字化无刷直流电机控制策略。系统以LM3S8962为控制核心,在此基础上完成了控制系统硬件设计。控制电路主要包括电流/电压检测保护电路、速度/位置检测电路、驱动及逆变电路、CAN通信接口电路和人机接口电路等。接着,在硬件设计的基础上,调用底层驱动库函数进行了系统软件程序的编写。
针对电机运行环境恶劣、干扰严重的特点,在系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑,并采取相应的措施,有效地提高了系统的可靠性和实用性。通过现场的安装实验,基本达到了性能指标要求。
Brushless DC motor (BLDCM) is widely used in production and daily life due to its excellent characteristics such as high-efficiency,low cost,well maintainability.With the development of industrial automation,motor control method is change from single–motor control into centralized control.
In this paper, a solution of building a digital speed-adjustment for brushless DC motors based on LM3S8962 is presented. Because the use of CAN-bus technology ,the system have networking function and long-range communication capability, can fulfill remote control and centralized management.
Firstly, depicted the basic stucture, working principle and mathematical model;studied the speed control theories and methods;proposed a BLDCM control strategy with speed loop and current loop. Based on the control core of LM3S8962,accomplished the hardware design . The control circuits are mainly composed of current/voltage detecting and protection circuits,speed/position deteting circuits,drive and inversion circuits,CAN-bus communication interface circuit and man-machine interface circuit. Then use the bottom driver library coded the software program.
Aiming at the characteristic of bad environment and serious disturbance,many kinds of software and hardware measures are applied to improve systematic anti-interference ability,which comprehensively improve systematic dependability and practicability.Though on-site installation of exeriment,basically achieved the requirements of performance indicators.
本文在ARM芯片LM3S8962的基础上设计了无刷直流电动机数字调速系统。引入CAN总线技术,使其具有组网功能和远程通信能力,可完成远程控制、集中管理。
首先,论述了无刷直流电机的基本构成、工作原理和数学模型;并对其调速原理和调速方法进行了研究;提出了电流、速度双闭环数字化无刷直流电机控制策略。系统以LM3S8962为控制核心,在此基础上完成了控制系统硬件设计。控制电路主要包括电流/电压检测保护电路、速度/位置检测电路、驱动及逆变电路、CAN通信接口电路和人机接口电路等。接着,在硬件设计的基础上,调用底层驱动库函数进行了系统软件程序的编写。
针对电机运行环境恶劣、干扰严重的特点,在系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑,并采取相应的措施,有效地提高了系统的可靠性和实用性。通过现场的安装实验,基本达到了性能指标要求。
Brushless DC motor (BLDCM) is widely used in production and daily life due to its excellent characteristics such as high-efficiency,low cost,well maintainability.With the development of industrial automation,motor control method is change from single–motor control into centralized control.
In this paper, a solution of building a digital speed-adjustment for brushless DC motors based on LM3S8962 is presented. Because the use of CAN-bus technology ,the system have networking function and long-range communication capability, can fulfill remote control and centralized management.
Firstly, depicted the basic stucture, working principle and mathematical model;studied the speed control theories and methods;proposed a BLDCM control strategy with speed loop and current loop. Based on the control core of LM3S8962,accomplished the hardware design . The control circuits are mainly composed of current/voltage detecting and protection circuits,speed/position deteting circuits,drive and inversion circuits,CAN-bus communication interface circuit and man-machine interface circuit. Then use the bottom driver library coded the software program.
Aiming at the characteristic of bad environment and serious disturbance,many kinds of software and hardware measures are applied to improve systematic anti-interference ability,which comprehensively improve systematic dependability and practicability.Though on-site installation of exeriment,basically achieved the requirements of performance indicators.
引文
[1]张琛.直流无刷电动机原理及应用[M].第二版.北京:机械工业出版社. 2004
[2]胥青青.基于CAN总线的直流调速系统数字化控制网络的研究[D].西安科技大学.
[3]张玉峰.基于DSC的BLDCM无位置传感器位置检测方案研究[D].西安科技大学.2006
[4]王晋.大功率无刷直流电机的分析及其电磁设计[D].华中科技大学.2005
[5]董浩.基于DSP的无刷直流电机控制系统研究与设计[D].河北工业大学.2006
[6]郑吉,王学普.无刷直流电机控制技术综述[J].微特电机.2002.3:11~13
[7]孙建忠,白凤仙.特种电机及其控制[M].北京:中国水利水电出版社.2005
[8]郭庆鼎,赵希梅.直流无刷电动机原理与技术应用[M].中国电力出版社.2008
[9]叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计[M].北京:科学出版社.2007
[10]张相军,陈伯时.无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响[J].电机与控制学报,2003,7(2):87~91
[11]郭福权.永磁无刷直流电动机控制策略研究[D].合肥工业大学.2004
[12]陈炜.永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制技术研究[D].天津大学.2006
[13]张崇巍,李汉强.运动控制系统[M].武汉理工大学出版社.2002
[14]李华德.电力拖动控制系统[M].电子工业出版社.2006
[15]唐永哲.电力传动自动控制系统[M].西安电子科技大学出版社.1998
[16]ARM V7-M Architecture Application Level Reference Manual[S].ARM Limited.2006
[17]LM3S8962微控制器数据手册[EB/OL].www.zlgmcu.com.2007
[18]贺虎成.基于CAN总线的电动机软启动控制器的研究[D].西安科技大学.2006
[19]阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].清华大学出版社.2005
[20]CAN-bus规范V2.0版本[EB/OL].www.zlgmcu.com
[21]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京航空航天大学出版社.2007
[22]杨旭强,吴红星,金钊.基于ARM的电动机控制技术[M].中国电力出版社.2008
[23]吴雪梅.基于DSP的无刷直流电机控制系统研究与设计[D].西北工业大学.2005
[24]HV Floating MOS-Gate Driver ICS[EB/OL]. International Rectifier. Application Note AN-978
[25]张亚军,李声晋,芦刚.基于DsPIC30F6010的稀土永磁无刷直流电动机数字控制系统设计[J].微电机. 2007,40(5):45~48
[26]Vrej Barkhordarian.Power MOSFET Basics[EB/OL].International Rectifier. Application Note AN-1084
[27]韩修恒.电动跑步机数字直流调速系统的研究[D].山东大学
[28]孙传友,孙晓斌等.测控系统原理与设计[M].北京航空航天大学出版社.2002
[29]吴红星,谢宗武,张强.基于DSP的电动控制技术[M].中国电力出版社.2008
[30]饶运涛,邹继军等.现场总线CAN原理与应用技术[M].京航空航天大学出版社.2003
[31]周利强.永磁无刷直流电机驱动的研究[D].浙江大学.2006
[32]王幸之,王雷等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京航空航天大学出版社.2003
[33]Stellaris Peripheral Driver Library User’s Guide[EB/OL].www.luminarymicro.com. 2006
[34]邓灿,张森林.一种新的无刷直流电机起动方法[J].微电机.2002.35(6):29-31
[35]白雷石,杨华.基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J].电气传动自动化, 2002,24(2):12~14
[36]谭徽.应用于两轮电动车辆的永磁无刷直流电机的研究[D].上海大学.2000
[37]杨立勇.电动汽车用永磁无刷直流电机控制技术研究[D].重庆大学.2004
[38]陶桂林.大功率永磁无刷直流电机及其系统研究[D].华中科技大学.2004
[39]刘峙飞.工业平缝机伺服控制系统研究[D].浙江大学.2005
[40]皇甫宜耿.基于DSP的大功率高压直流无刷电机伺服控制系统研究[D]工业大学.2007
[41]Laszlo Balogh.For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits[EB/OL].International Rectifier.Technical Paper
[42]Six-Output 600V MGDs Simplify 3-Phase Motor Drives[EB/OL].International Rectifier. Application Note.AN-985
[43]Driving a Brushless DC Motor with a Stellaris Microcontroller[EB/OL].Luminary Micro.Application Note AN-1238.2006
[44]K J Tseng .DSP-based control of BLDC drives.Microprocessors and Microsystems. 1995. 19(10). 581~589
[45]郑吉,王学普.无刷直流电机控制技术综述[J].微特电机.2002.3:11~13
[46]吴洲.三相直流无刷电机DSP控制系统的设计[D].东南大学.2006
[2]胥青青.基于CAN总线的直流调速系统数字化控制网络的研究[D].西安科技大学.
[3]张玉峰.基于DSC的BLDCM无位置传感器位置检测方案研究[D].西安科技大学.2006
[4]王晋.大功率无刷直流电机的分析及其电磁设计[D].华中科技大学.2005
[5]董浩.基于DSP的无刷直流电机控制系统研究与设计[D].河北工业大学.2006
[6]郑吉,王学普.无刷直流电机控制技术综述[J].微特电机.2002.3:11~13
[7]孙建忠,白凤仙.特种电机及其控制[M].北京:中国水利水电出版社.2005
[8]郭庆鼎,赵希梅.直流无刷电动机原理与技术应用[M].中国电力出版社.2008
[9]叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计[M].北京:科学出版社.2007
[10]张相军,陈伯时.无刷直流电机控制系统中PWM调制方式对换相转矩脉动的影响[J].电机与控制学报,2003,7(2):87~91
[11]郭福权.永磁无刷直流电动机控制策略研究[D].合肥工业大学.2004
[12]陈炜.永磁无刷直流电机换相转矩脉动抑制技术研究[D].天津大学.2006
[13]张崇巍,李汉强.运动控制系统[M].武汉理工大学出版社.2002
[14]李华德.电力拖动控制系统[M].电子工业出版社.2006
[15]唐永哲.电力传动自动控制系统[M].西安电子科技大学出版社.1998
[16]ARM V7-M Architecture Application Level Reference Manual[S].ARM Limited.2006
[17]LM3S8962微控制器数据手册[EB/OL].www.zlgmcu.com.2007
[18]贺虎成.基于CAN总线的电动机软启动控制器的研究[D].西安科技大学.2006
[19]阳宪惠.工业数据通信与控制网络[M].清华大学出版社.2005
[20]CAN-bus规范V2.0版本[EB/OL].www.zlgmcu.com
[21]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京航空航天大学出版社.2007
[22]杨旭强,吴红星,金钊.基于ARM的电动机控制技术[M].中国电力出版社.2008
[23]吴雪梅.基于DSP的无刷直流电机控制系统研究与设计[D].西北工业大学.2005
[24]HV Floating MOS-Gate Driver ICS[EB/OL]. International Rectifier. Application Note AN-978
[25]张亚军,李声晋,芦刚.基于DsPIC30F6010的稀土永磁无刷直流电动机数字控制系统设计[J].微电机. 2007,40(5):45~48
[26]Vrej Barkhordarian.Power MOSFET Basics[EB/OL].International Rectifier. Application Note AN-1084
[27]韩修恒.电动跑步机数字直流调速系统的研究[D].山东大学
[28]孙传友,孙晓斌等.测控系统原理与设计[M].北京航空航天大学出版社.2002
[29]吴红星,谢宗武,张强.基于DSP的电动控制技术[M].中国电力出版社.2008
[30]饶运涛,邹继军等.现场总线CAN原理与应用技术[M].京航空航天大学出版社.2003
[31]周利强.永磁无刷直流电机驱动的研究[D].浙江大学.2006
[32]王幸之,王雷等.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京航空航天大学出版社.2003
[33]Stellaris Peripheral Driver Library User’s Guide[EB/OL].www.luminarymicro.com. 2006
[34]邓灿,张森林.一种新的无刷直流电机起动方法[J].微电机.2002.35(6):29-31
[35]白雷石,杨华.基于DSP的无刷直流电动机控制系统[J].电气传动自动化, 2002,24(2):12~14
[36]谭徽.应用于两轮电动车辆的永磁无刷直流电机的研究[D].上海大学.2000
[37]杨立勇.电动汽车用永磁无刷直流电机控制技术研究[D].重庆大学.2004
[38]陶桂林.大功率永磁无刷直流电机及其系统研究[D].华中科技大学.2004
[39]刘峙飞.工业平缝机伺服控制系统研究[D].浙江大学.2005
[40]皇甫宜耿.基于DSP的大功率高压直流无刷电机伺服控制系统研究[D]工业大学.2007
[41]Laszlo Balogh.For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits[EB/OL].International Rectifier.Technical Paper
[42]Six-Output 600V MGDs Simplify 3-Phase Motor Drives[EB/OL].International Rectifier. Application Note.AN-985
[43]Driving a Brushless DC Motor with a Stellaris Microcontroller[EB/OL].Luminary Micro.Application Note AN-1238.2006
[44]K J Tseng .DSP-based control of BLDC drives.Microprocessors and Microsystems. 1995. 19(10). 581~589
[45]郑吉,王学普.无刷直流电机控制技术综述[J].微特电机.2002.3:11~13
[46]吴洲.三相直流无刷电机DSP控制系统的设计[D].东南大学.2006