基于DSP的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，由數(shù)字控制裝置組成的隨動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)相比，數(shù)字隨動(dòng)系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，體積小，修改方便，精度高，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。作為典型的數(shù)字隨動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行器，無(wú)刷直流電機(jī)既具備交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列特點(diǎn)，又具有直流電機(jī)的運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，故在許多高科技領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用，如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、雷達(dá)、潛艇和各種軍用武器隨動(dòng)系統(tǒng)。 本

2、文以無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)在武器隨動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用為背景，設(shè)計(jì)基于DSP的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行仿真研究。 首先，本文深入研究了永磁無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、數(shù)學(xué)模型和控制性能，比較分析可編程邏輯控制器、專(zhuān)用芯片和單片機(jī)控制等不同的控制方案對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制性能，確立了一套以DSP(TMS320LF2407A)為核心的無(wú)刷直流伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)方案。本控制系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于利用數(shù)字信號(hào)處理器DSP的高速數(shù)字運(yùn)算功能，

3、實(shí)現(xiàn)各種高效的控制算法，達(dá)到無(wú)刷直流電機(jī)的高精確控制的目的。 在接下來(lái)的部分，本文詳細(xì)論述了無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和模糊PID控制器設(shè)計(jì)。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分，本文重點(diǎn)論述了控制系統(tǒng)的總體硬件構(gòu)成，包括TMS320LF2407A控制器，DSP外圍電路和功率驅(qū)動(dòng)及其逆變電路的設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)位置信號(hào)、相電流、相電壓檢測(cè)電路，速度信號(hào)檢測(cè)電路和故障邏輯電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文還對(duì)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，包括主程序、中斷服務(wù)程序以及速度

4、環(huán)和電流環(huán)算法，并基于模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想繪制了流程框圖。在模糊控制器設(shè)計(jì)部分，本文詳細(xì)講述了模糊PID控制器的特點(diǎn)，并且在Matlab環(huán)境下對(duì)參數(shù)自整定模糊PID控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和建模。 最后是本控制系統(tǒng)的建模和仿真研究。本文在Matlab/Simulink環(huán)境下建立了獨(dú)立的功能模塊，包括BLDC總體模塊(包括BLDCM本體模塊、轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊、轉(zhuǎn)速計(jì)算模塊、反電勢(shì)計(jì)算模塊)、速度控制模塊、電流滯環(huán)控制模塊、轉(zhuǎn)子位置計(jì)算模塊、電壓

5、逆變器模塊等，再進(jìn)行功能模塊的有機(jī)結(jié)合，搭建了無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)的仿真模型。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制，速度外環(huán)采用參數(shù)自整定模糊PID控制，電流內(nèi)環(huán)采用電流滯環(huán)控制。仿真結(jié)果證明了該方法的有效性，同時(shí)驗(yàn)證了參數(shù)自整定模糊PID控制優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制，前者具有響應(yīng)速度更快、超調(diào)更小、穩(wěn)定性和跟蹤性能更好的特點(diǎn)。本文所提出和設(shè)計(jì)的無(wú)刷直流電機(jī)控制方案經(jīng)理論分析、仿真證明是可行的，達(dá)到了設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。同時(shí)，論文中提出的系統(tǒng)建模和仿真的新方法還為實(shí)際