基于STM32的直流无刷无感电机的控制系统研究解读

南阳理工学院本科生毕业设计（论文）学院：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生：指导教师：薛晓完成日期2014年5月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）直流无刷电机的控制系统设计与实现DesignofBrushlessDCMotorControllerandImplementation总计：21页表格：2个插图：27幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）直流无刷电机控制系统设计与实现DesignofBrushlessDCMotorControllerandImplementation学院（系）：电子与电气工程学院专业：电子信息工程学生姓名：学号：指导教师（职称）：薛晓（讲师）评阅教师：完成日期：南阳理工学院NanyangInstituteofTechnology直流无刷电机控制系统设计与实现I直流无刷电机控制系统设计与实现电子信息工程专业[摘要]直流无刷无感直流电机具有体积小、调速性能好、重量轻、效率高等优点，目前在很多领域得到了的应用。本课题设计的是无刷无感直流电机的控制，包括无刷直流电机无位置传感器控制系统和无刷无感直流电机的基本结构、工作原理、数学模型等理论进行了分析和论述，为直流电机的控制提供理论依据。用matlabguide设计了上位机界面来进行PID参数的整定。本课题设计了直流无刷电机的控制系统并进行了调试。用STM32进行控制。实验结果表明设计的转子位置检测可以很好的检测电机的反电势过零点信号，进而保证电机的正确换相和稳定运行。整个系统可以控制无刷无感直流电机顺利启动，并通过滑动变阻器实现电机的调速。[关键词]无刷直流电机；电机驱动；换相；反电势DesignofBrushlessDCMotorControllerandImplementationElectronicInformationEngineeringSpecialtyAbstract:ThebrushlessDCmotorshavetheadvantageofsmall,gooddebuggingperformance,lowweight,andhighefficiency.Soithasbeenwidelyusednow.Andthisrestrictstheindustrialdriveapplications,Aftertheattachmentwithsensorlesscontrol.ThispapermainlyreserchesthesensorlesscontroltechnologyforBLDCM,designsandcontrolBLDCMwithoutpositionsensor.IuseMATLABguidetodebugPIDparameter.designingacontrollerofbrushlessDCmotoranddosomeexperimentsforthiscontrolsystem.IusetheSTM32MCUasthecoremicroprocessorofhardwaresystem.Theresultsoftheexperimentshowthattherotorpositiondetectionsystemcanperfectlydetectthelocationofback-EMFzero-crossingsignal,andensuringthecorrectmotorcommutationandstableoperation.ThewholecontrolsystemcancontrolthebrushlessDCmotorstatingsmoothly,andusetheSlidingrheostattoachievespeedcontrol.Keywords：Brushlessdcmotor；motordrive；commutation;back-emf直流无刷电机控制系统设计与实现II目录1引言....................................................................11.1题目综述..........................................................11.2国内外研究状况....................................................11.3课题设计的主要内容................................................12系统设计目标和设计方案..................................................22.1系统设计目标......................................................22.2控制系统结构总体框图的设计........................................22.3硬件系统方案论证..................................................32.3.1控制器芯片选型..............................................32.3.2无刷直流电机的选型..........................................32.3.3驱动电路的选型..............................................42.3.4位置检测器件选型............................................43控制系统的工作原理和硬件设计............................................53.1直流无刷电机的工作原理............................................53.2无刷电机的反电势法位置检测原理....................................63.3电源模块..........................................................63.4MCU控制模块......................................................73.5IPM功率模块......................................................83.6反电势位置检测模块...............................................103.7隔离电路设计.....................................................103.8速度改变电路设计.................................................114系统软件设计...........................................................114.1软件总体设计.....................................................114.2软件总体设计流程图...............................................124.3无刷无感直流电机开环启动模块.....................................124.4无刷直流电机位置检测及电机转速模块...............................134.5AD采样改变PWM占空比模块........................................144.6PID计算模块.....................................................144.7matlabgui串行通信界面设计......................................155直流无刷无感电机测试结果及结果分析.....................................165.1H_PWM_L_PWM的波形...............................................16直流无刷电机控制系统设计与实现III5.2端电压对地波形...................................................165.3位置检测波形.....................................................175.4电流波形.........................................................175.5实物图...........................................................18结束语...................................................................19参考文献.................................................................20致谢......................................................错误!未定义书签。直流无刷电机控制系统设计与实现11引言1.1题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。1.2国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来，计算机和控制技术快速发展。单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。1.3课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。（2）直流无刷电机的转子位置检测技术，我选用最常用的反电势检测技术，本文分析了反电势法的原理，并设计了反电势的硬件实电路，进行了焊接与调试。（3）由于无刷直流电机在静止或者转速很低的时候，其产生的反电势为零或者很直流无刷电机控制系统设计与实现2小很不容易检测到，