基于DSP的三相无刷直流电动机调速系统的研究
|
摘要
无刷直流电机既具有直流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,还具备交流电机运行效率高、无励磁损耗及调速性能好等诸多优点,现已广泛应用于工业控制的各个领域。
本文在对无刷直流电动机调速系统的发展及应用综述的基础上,介绍了采用DSP芯片对无刷直流电动机进行换向与转速控制的微机控制系统。文中给出了系统的总体设计方案,分析了无刷直流电机的工作原理和数学模型,提出了驱动电路和控制电路的设计策略。阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。文中还对硬件各种功能的控制原理和电路设计以及各软件模块(包括位置信号检测,电流信号检测,PWM波产生,故障保护中断处理等)进行分析。
最后运用Matlab/simulink软件对无刷直流电动机进行了仿真,证明了该系统工作良好,达到了预期目标。
The structure of BLDCM is similar to traditional DC motor,At the same time, it has the advantages of high efficiency and easily adjusting speed of AC motor. It has been widely used.
On the basis of the summary for the development and application of permanent magnet brushless DC motor speed-variable system, this thesis introduces a control system, which uses DSP to control the commutation and speed of BLDCM. The basic structure, operational principle and design method of this system are set forth in this thesis. The thought of hardware design and software programming is introduced as well. At last, the experimental results are presented.
In the end, I simulate the BLDCM using Matlab/simulink software which proved that the control system works well as it was expected.
本文在对无刷直流电动机调速系统的发展及应用综述的基础上,介绍了采用DSP芯片对无刷直流电动机进行换向与转速控制的微机控制系统。文中给出了系统的总体设计方案,分析了无刷直流电机的工作原理和数学模型,提出了驱动电路和控制电路的设计策略。阐述了该系统的基本结构、工作原理、运行特性及其设计方法。文中还对硬件各种功能的控制原理和电路设计以及各软件模块(包括位置信号检测,电流信号检测,PWM波产生,故障保护中断处理等)进行分析。
最后运用Matlab/simulink软件对无刷直流电动机进行了仿真,证明了该系统工作良好,达到了预期目标。
The structure of BLDCM is similar to traditional DC motor,At the same time, it has the advantages of high efficiency and easily adjusting speed of AC motor. It has been widely used.
On the basis of the summary for the development and application of permanent magnet brushless DC motor speed-variable system, this thesis introduces a control system, which uses DSP to control the commutation and speed of BLDCM. The basic structure, operational principle and design method of this system are set forth in this thesis. The thought of hardware design and software programming is introduced as well. At last, the experimental results are presented.
In the end, I simulate the BLDCM using Matlab/simulink software which proved that the control system works well as it was expected.
引文
[1] 张深.直流无刷电动机原理及应用.北京 :机械工业出版社. 1996
[2] 胡文静 .永磁无刷直流电动机的发展及展望 .微电机, 2002. 4
[3] 王季秩 .无刷电机的现在与将来 [J].微特电机, 1999(5):23-24
[4] 叶金虎,徐思海等 .无刷直流电动机 .北京 :科学出版社, 1982
[5] 陈隆昌,阎治安,刘新正.控制电机.西安电子科技大学出版社. 2003
[6] 唐介.电机与拖动.高等教育出版社. 2004. 5
[7] 李哲英,骆丽,刘元盛.DSP 基本理论与应用技术.北京航空航天大学出版社.2003
[8] 张雄伟,邹霞,贾冲. DSP 芯片原理与应用.机械工业出版社. 2005. 5
[9] 张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP 芯片原理与开发应用.第三版.电子工业出版社.2002
[10] 李雅轩,杨秀敏,李艳萍.电力电子技术.中国电力出版社. 2004. 4
[11] 王云亮.电力电子技术.电子工业出版社. 2004. 8
[12] 三菱电机公司资料.第三代 IGBT 和智能功率模块应用手册.
[13] 王兆安.黄俊.电力电子技术.机械工业出版社. 2004. 1
[14] 程佩青.数字信号处理.清华大学出版社. 2003. 8
[15] 曹彦,张晓锋,李槐树,于飞.基于 DSP实现负载换流无刷直流电机驱动系统.电力电子技术.2005 4 (2):36-38
[16] TMS320C24x DSPs: Optimized for Motor Control, Texas Instruments, 2000.
[17] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社. 2004 .4
[18] 孙亮. MATLAB语言与控制系统仿真.北京工业大学出版社. 2006.1
[19] 陈瑜.电力电子与运动控制技术.中国电力出版社. 2003. 8
[20] 马春生,李国国,范瑜.小型无刷直流电动机无位置传感器控制的设计.微特电机.2006(3):22-24
[21] 叶金虎.无刷直流电动机的设计 (I).微特电机. 2005(1): 41- 42
[22] 石晓艳,刘淮霞.基于 DSP 控制无传感器的无刷直流电动机调速系统.煤矿机械.2006 2 第 27 卷第 2 期:300-301
[23] 叶振锋,雷淮刚.基于 M ATLAB 的无刷直流电动机控制系统仿真.微特电机.2006年第 3 期:19-20
[24] 邓 平 , 潘 俊 民 . 基 于 MATLAB 的 无 刷 直 流 电 机 仿 真 模 型 的 建 立 . 电 气 自 动化.2001(6):34-37
[25] 杨柏松.基于 DSP 的无位置传感器 BLDCM 调速系统的研究与实现.茂名学院学报.2005 2 第 15 卷第 1 期:66-70
[26] 王京峰,孙纯祥.基于 DSP 的永磁无刷直流电动机速度控制.微电机. 2006 第 39 卷第 1 期:69-71
[27] 王冉冉.无位置传感器无刷自流电机启动的比较与研究.微电机.2003 (1) ::29- 30.
[28] 刘和平 . TMS320LF240x DSP C 语言开发应用 .北京航空航人大学出版社 .2003
[29]石晓艳,刘淮霞.基于DSP控制无传感器的无刷直流电动机调速系统.煤矿机械.20062第27卷第2期300-301
[30] 曹彦,张晓锋,李槐树,于飞 . 基于 DSP 实现负载换流无刷直流电机驱动系统 .电力电子技术. 2005 年 4 月,第 39 卷第 2 期:36-38
[31] 吕晓春,沈建新等.方波无刷直流电动机无传感器控制与弱磁控制.微电机.1994 (4): 19-23
[32] Kuik D.P, Tamet, Linguitic PID controllers, Preprints of 11th IFAC World Congress, 1990, 192197
[33] TMS320LF2407,TMS320LF2406,TMS320LF2402 DSP Controllers, SPRS094,.Exa.Instuments
[34] TMS320LF2407ATMS320LF2406A, TMS320LF2403A, TMS320LF2402A, TMS320LC2406A, TMS320LC2404A, TMS320LC2402ADSP Controllers, SPRS145.Texas Instuments
[35] Mutuwo Tomita, Tomonobu Senjyu. New sensorless control for brushless DC motors using disturbance observers and adaptive velocity estimations, IEEE Trans on Industrial Electronics, vol.45 1998, pp.274-282
[36] K.Iizuka, H.Uzuhashi, M.Kano, T.Endo, K.Mohri, Microcomputer Control for sensorless Brushless Motor, IEEE Transactions Industry Application, vol.IA-21,no.4, May/June 1985, pp.595-601
[37] Math Works.MATLAB— the language of technical computing,using MATLAB.Release 12.1,200
[38] 黄文梅 .系统分析与仿真一 Matlab 语言及及应用 .国防科技大学出版社 .1999
[39] 孙亮 .MATLAB 语言与控制系统仿真 .北京工业大学出版社 .2004
[40] 孙桂瑛 .电路理论基础 .哈尔滨工业大学出版社 .1999, 1
[41] 邱关源 .电路 .高等教育出版社 .1999, 6.
[2] 胡文静 .永磁无刷直流电动机的发展及展望 .微电机, 2002. 4
[3] 王季秩 .无刷电机的现在与将来 [J].微特电机, 1999(5):23-24
[4] 叶金虎,徐思海等 .无刷直流电动机 .北京 :科学出版社, 1982
[5] 陈隆昌,阎治安,刘新正.控制电机.西安电子科技大学出版社. 2003
[6] 唐介.电机与拖动.高等教育出版社. 2004. 5
[7] 李哲英,骆丽,刘元盛.DSP 基本理论与应用技术.北京航空航天大学出版社.2003
[8] 张雄伟,邹霞,贾冲. DSP 芯片原理与应用.机械工业出版社. 2005. 5
[9] 张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP 芯片原理与开发应用.第三版.电子工业出版社.2002
[10] 李雅轩,杨秀敏,李艳萍.电力电子技术.中国电力出版社. 2004. 4
[11] 王云亮.电力电子技术.电子工业出版社. 2004. 8
[12] 三菱电机公司资料.第三代 IGBT 和智能功率模块应用手册.
[13] 王兆安.黄俊.电力电子技术.机械工业出版社. 2004. 1
[14] 程佩青.数字信号处理.清华大学出版社. 2003. 8
[15] 曹彦,张晓锋,李槐树,于飞.基于 DSP实现负载换流无刷直流电机驱动系统.电力电子技术.2005 4 (2):36-38
[16] TMS320C24x DSPs: Optimized for Motor Control, Texas Instruments, 2000.
[17] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础.高等教育出版社. 2004 .4
[18] 孙亮. MATLAB语言与控制系统仿真.北京工业大学出版社. 2006.1
[19] 陈瑜.电力电子与运动控制技术.中国电力出版社. 2003. 8
[20] 马春生,李国国,范瑜.小型无刷直流电动机无位置传感器控制的设计.微特电机.2006(3):22-24
[21] 叶金虎.无刷直流电动机的设计 (I).微特电机. 2005(1): 41- 42
[22] 石晓艳,刘淮霞.基于 DSP 控制无传感器的无刷直流电动机调速系统.煤矿机械.2006 2 第 27 卷第 2 期:300-301
[23] 叶振锋,雷淮刚.基于 M ATLAB 的无刷直流电动机控制系统仿真.微特电机.2006年第 3 期:19-20
[24] 邓 平 , 潘 俊 民 . 基 于 MATLAB 的 无 刷 直 流 电 机 仿 真 模 型 的 建 立 . 电 气 自 动化.2001(6):34-37
[25] 杨柏松.基于 DSP 的无位置传感器 BLDCM 调速系统的研究与实现.茂名学院学报.2005 2 第 15 卷第 1 期:66-70
[26] 王京峰,孙纯祥.基于 DSP 的永磁无刷直流电动机速度控制.微电机. 2006 第 39 卷第 1 期:69-71
[27] 王冉冉.无位置传感器无刷自流电机启动的比较与研究.微电机.2003 (1) ::29- 30.
[28] 刘和平 . TMS320LF240x DSP C 语言开发应用 .北京航空航人大学出版社 .2003
[29]石晓艳,刘淮霞.基于DSP控制无传感器的无刷直流电动机调速系统.煤矿机械.20062第27卷第2期300-301
[30] 曹彦,张晓锋,李槐树,于飞 . 基于 DSP 实现负载换流无刷直流电机驱动系统 .电力电子技术. 2005 年 4 月,第 39 卷第 2 期:36-38
[31] 吕晓春,沈建新等.方波无刷直流电动机无传感器控制与弱磁控制.微电机.1994 (4): 19-23
[32] Kuik D.P, Tamet, Linguitic PID controllers, Preprints of 11th IFAC World Congress, 1990, 192197
[33] TMS320LF2407,TMS320LF2406,TMS320LF2402 DSP Controllers, SPRS094,.Exa.Instuments
[34] TMS320LF2407ATMS320LF2406A, TMS320LF2403A, TMS320LF2402A, TMS320LC2406A, TMS320LC2404A, TMS320LC2402ADSP Controllers, SPRS145.Texas Instuments
[35] Mutuwo Tomita, Tomonobu Senjyu. New sensorless control for brushless DC motors using disturbance observers and adaptive velocity estimations, IEEE Trans on Industrial Electronics, vol.45 1998, pp.274-282
[36] K.Iizuka, H.Uzuhashi, M.Kano, T.Endo, K.Mohri, Microcomputer Control for sensorless Brushless Motor, IEEE Transactions Industry Application, vol.IA-21,no.4, May/June 1985, pp.595-601
[37] Math Works.MATLAB— the language of technical computing,using MATLAB.Release 12.1,200
[38] 黄文梅 .系统分析与仿真一 Matlab 语言及及应用 .国防科技大学出版社 .1999
[39] 孙亮 .MATLAB 语言与控制系统仿真 .北京工业大学出版社 .2004
[40] 孙桂瑛 .电路理论基础 .哈尔滨工业大学出版社 .1999, 1
[41] 邱关源 .电路 .高等教育出版社 .1999, 6.