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基于DSP的外转子无刷直流电机控制系统设计与仿真研究

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摘要

1.1 课题背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 外转子无刷直流电机的基本理论

2.1 外转子无刷直流电机的结构和工作原理

2.1.1 外转子无刷直流电机的基本结构

2.1.2 工作原理

2.2 外转子无刷直流电机的数学模型

2.2.1 电压方程

2.2.2 外转子无刷直流电机的等效电路

2.2.3 转矩方程

2.2.4 状态方程

2.3 外转子无刷直流电机的运行特性

2.4 电机控制方式的选择

2.5 本章小结

第3章 外转子无刷直流电机控制系统的控制策略与建模仿真

3.1 外转子无刷直流电机控制策略研究

3.1.1 常规PID

3.1.2 模糊PID控制的基本理论

3.1.3 模糊PID控制器设计

3.2 外转子无刷直流电机控制系统模型的建立

3.2.1 外转子无刷直流电机整体模型

3.2.2 模糊PID模型

3.2.3 电流滞环模型

3.2.4 参考电流模型

3.2.5 转子位置计算模型

3.2.6 逆变模型

3.3 仿真结果和分析

3.4 本章小结

第4章 外转子无刷直流电机控制系统设计

4.1 控制系统硬件设计

4.1.1 主控芯片的选择

4.1.2 电源电路

4.1.3 位置检测电路

4.1.4 JTAG电路

4.1.5 驱动电路

4.1.6 保护电路

4.2 控制系统软件设计

4.2.1 软件控制流程

4.2.2 主程序设计

4.2.3 中断服务子程序设计

4.3 本章小结

第5章 实验平台设计

5.1 实验平台

5.2 实验结果和分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果

致谢

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摘要

外转子无刷直流电机综合了无刷直流电机和外转子电机的优点,在某些场合使用外转子无刷直流电机能使设备获得更加理想的运行效果。本文设计了基于数字信号处理器(DSP)的外转子无刷直流电机控制系统,包括模糊PID控制算法设计、基于MATLAB/Simulink的模型设计、控制系统硬件设计、DSP软件程序设计,并进行了仿真与实验。
  本文通过对比不同驱动方式和主控芯片,确定了以DSP为主控芯片的三相六状态全桥驱动方式,并完成了控制系统的硬件设计;在分析模糊PID理论的基础上,完成了模糊PID的基本设计;根据外转子无刷直流电机的数学模型和相关理论,在MATLAB/Simulink中建立了电机的仿真模型。仿真结果表明,所建立的电机模型是有效可行的,能够用于外转子无刷直流电机的仿真研究,同时,模糊PID能够减小电机起动时的转速超调。外转子无刷直流电机的软件控制程序包括主程序和中断服务子程序,其中中断服务子程序采用模块化设计,在模糊PID模块部分,叙述了模糊PID的具体实现过程。本文以DSP为主控芯片搭建了电机实验平台,对一台电动车用外转子无刷直流电机进行控制实验,并用示波器测得相关波形。实验结果表明,采用模糊PID控制能够改善系统的动态性能,提高控制精度,使其具有良好的鲁棒性。
  本文所设计的外转子无刷直流电机控制系统的仿真模型、软件程序、控制策略都是有效可行的,能够满足电机控制要求。对于其它控制策略的研究,可在本文设计的程序和仿真模型上进行改进,使开发过程更加便捷。

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