搜索
西华大学毕业设计说明书目录摘要……………………………………………………………………………..……..ⅠAbstract……………………………………………………………………………..…II1绪论………………………………………………………………….………………..11.1课题研究的背景和意义……………………………………………………….......11.2直流无刷电机的研究现状………………………………………………………...11.3主要内容…………………………………………………………………………...22无刷直流电动机结构和原理………………………………………………………...42.1无刷直流电动机基本结构………………………………………………………...42.1.1电动机本体………………………………………………………………………42.1.2位置传感器………………………………………………………………………52.1.3电子换向电路……………………………………………………………………62.2无刷直流电动机的原理与运行特性……………………………………………...62.2.1无刷直流电动机的工作原理……………………………………………………62.2.2系统方程式………………………………………………………………………92.2.3运行特性分析………………………………………………...………………...103无刷直流电动机控制方法…………………………………………………….…...143.1直流无刷电机控制分类………………………………………………………….143.1.1三相半桥电路…………………………………………………………………..143.1.2三相Y连接全控电路…………………………………………………………..143.2直流无刷电机的正反转控制…………………………………………………….153.3直流无刷电机的双闭环控制...…………………………………………………..164直流无刷电机控制系统硬件设计………………………………………………....174.1系统硬件设计…………………………………………………………………….174.2逆变主电路设计………………………………………………………………….184.2.1功率开关主电路………………………………………………………………..184.2.2逆变开关元件选择和计算……………………………………………………184.3逆变开关管驱动电路设计……………………………………………………….194.3.1IR2110功能介绍……………………………………………………………...194.3.2驱动电路设计…………………………………………………………………214.4控制单元………………………………………………………………………….224.4.1飞思卡尔单片机的简介………………………………………………………...22西华大学毕业设计说明书4.4.2位置信号检测…………………………………………………………………..244.4.3速度检测………………………………………………………………………..254.5电检测与保护电路………………………………………………………………..254.6键盘与速度设定电路……………………………………………………………..265系统软件设计………………………………………………………………………275.1直流无刷电机控制程序的设计概况……………………………………………275.2主程序设计………………………………………………………………………..275.3子程序设计………………………………………………………………………..285.3.1脉冲捕捉中断子程序…………………………………………………………...285.3.2A／D转换完成中断子程序………………………………………………….285.3.3PI调节子程序………………………………………………………………...296结论………………………………………………………………………………..30总结与体会……………………………………………………………………………31谢辞…………………………………………………………………………………..32【参考文献】…………………………………………………………………………33附录1…………………………………………………………………….……………错误!未定义书签。附录2……………………………………………………………………..…………...错误!未定义书签。I西华大学毕业设计说明书基于飞思卡尔的无刷直流电动机驱动控制系统设计摘要电动机作为机电能量转换的主要装置，其主要类型有直流电动机、异步电动机和同步电动机三种。由于传统的直流电动电动机使用电刷以机械方法换相，因而存在相对的机械摩擦，带来了一系列的问题，从而大大限制了它的应用。本文利用飞思卡尔但单片机对直流无刷电机的控制系统进行了研究，主要做了以下几个方面的工作。设计直流无刷电机控制器的硬件电路，包括电源电路、电流检测电路、电压检测电路、位置检测电路、驱动电路、飞思卡尔外围电路。研究直流无刷电机的电动运行的控制方法，在此基础上完成了软件设计。软件设计主要包括：换相控制程序、电流和电压采集程序、PWM占空比重载程序、转速计算程序、转速和电流双闭环调节程序和键盘程序等。通过实验，验证硬件电路的可行性，根据控制要求修改软件设计，提高控制性能。关键词：直流无刷电动机；飞思卡尔单片机；软件II西华大学毕业设计说明书AbstractAsthemainconversionaldeviceofmechanicalenergytoelectricalenergy，themotorhasmainlythreetypes,suchas,theDCmotor,theasynchronousmotor.Becauseofhavinglotsofdisadvantages,theapplicationoftheDCmotorhasbeenlimitedstrongly.ThethesisstudiedthecontrolsystemoftheBLDCMcombinedwithfreescalemicrocomputer.Theworkofthisthesisincludesthefollowingaspects：Thehardwarecircuitincludingpowersupplycircuit，powerinvertioncircuit，currentdetectioncircuit，voltagedetectioncircuit，positiondetectioncircuit，currentchoppercircuit，drivingcircuit，freescaleperipheralcircuit.ThecontrolstrategyofBLDCMwhichprovidesabasisforthesoftwaredesignincludingcommutationprogram，currentandvoltagesamplingprogram，PWMdutyratioreloadprograrn，speedcalculationprograrn，speedandcurrentdouble—loopregulationprograrnandkeyboardprograrnetcwerestudied．Throughbyexperiments，thehardwarefeasibilityweretested，thesoftwaredesignwasmodifiedaccordingtocontrolrequirementandthecontrolperformancewasimproved．Keywords:thebrushlessDCmotor；freescalemicrocomputer；Software1西华大学毕业设计说明书1绪论1.1课题研究的背景和意义直流无刷电机是一种高性能电机，它具有效率高、可靠性好、结构简单、便于维护和体积小等优点。与直流电机相比，无刷电机没有电刷和换相器，而采用电子电路进行换相，换相时不会产生电火花，不存在机械换向损耗。与异步电机相比，无刷电机的转子与定子磁场同步旋转，因此不存在转子损耗。与同步电机相比，无刷电机控制方法简单，便于工程应用的特性，使其被广泛应用于众多领域。直流无刷电机的控制方案有多种，如文献采用DSP作为主控制器的控制系统，文献采用FPAG控制无刷电机，文献选用MEGA8单片机控制方案。这些控制方法都能够实现电机的正反转、启停等控制，但在系统实现成本、控制精度、运行稳定性和外围电路的能源消耗等方面上却有较大的差别。使用DSP和FPAG的控制方案，系统的控制精度高、稳定性好，可以应用于工业生产中，不足之处在于成本过高，无法大量用于日常生活中。而采用MEAG8控制方案虽然成本低，与DSP、FPAG相比，系统的性能相差很大，无法满足工业生产的要求。针对上述问题，提出设计以MC9S12DG128单片机为核心的直流无刷电机控制系统。该控制系统实现成本低，而电机的控制性能上与DSP和FPGA等高端控制方案上相差不大，可以在工业生产中广泛应用。文中所选择的主控芯片有丰富A／D转换和PWM通道，适合电机的控制。为减少能源消耗和降低电路的复杂性、电路成本，提高控制系统的可靠性，同时也为了便于系统维护和功能扩展，系统硬件电路采用模块化设计的原则，每个模块电路尽可能使用集成芯片。1.2直流无刷电机的研究现状八十年代以后，随着磁性材料(尤其是高性能的稀土永磁材料)、电力电子器件和专用控制器的迅速发展，明显改善了直流无刷电动机特性的同时，目前人们又把对直流无刷电动机研究的目光转移到电子换相、稀土永磁材料以及智能控制三个方面，试图来抑制直流无刷电动机的转矩波动。在电子换相方面，主要分为对电流的控制和对转子位置的检测两个方面，对2西华大学毕业设计说明书电流的控制一般采用稳频两态和电流分时反馈等技术，而对转子位置的检测，传统的方法是采用位置传感器，为了减轻系统的负担，国外的一些学者提出无位置传感器法。在永磁材料方面，人们采用了杉钻、钕铁硼等新型永磁材料。在智能控制方面，1984年，美国的通用电气公司推出了一种所谓的智能电动机，其实这种电动机是一种以微处理器作为控制芯片的直流无刷电动机。。除直流无刷电机的发展外，随着专用集成电路、微处理器、晶体管、传感器等电路原器件的发展电子换相电路、驱动电路和转子位置检测电路也迅速发展。目前，应用到直流无刷电机控制系统的控制技术主要有：1．PID控制技术PID控制是一种技术最为成熟、应用最为广泛的控制算法。传统的直流无刷电机调速通常采用PI控制，它算法简单，PID控制参数相互独立，使用时根据对象特性和负载情况可以合理选择，参数调整方便，具有较好的控制精度。2．模糊控制技术模糊控制技术是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理来模拟人的模糊思维方法，用计算机实现与操作者相同的控制。模糊控制技术不依赖于精确的数学模型，对参数变换不敏感，适用性强，具有很好的鲁棒性，它通过把专家的经验或手动操作人员长期积累的经验总结成若干条规则以完成的自动化和智能化的目标。3．神经网络控制技术神经网络是模拟人脑神经细胞的神经元广泛互连而成的网络。由于神经网络辨识电机参数不依赖于精确的数学模型，具有很高的控制精度，因而在模式识别、参数辨识领域中得到了广泛的应用。1.3主要内容本课题是自选研究课题，旨在研制一套基于飞思卡尔的直流无刷电机驱动系统，主要工作如下：(1)研究直流无刷电动机的运行原理和控制方式。(2)设计直流无刷电机控制器的硬件电路，包括电源电路、功率电路、电流检3西华大学毕业设计说明书测电路、位置检测电路、电流斩波电路、驱动电路、飞思卡尔单片机外围电路。(3)根据直流无刷电机的控制策略，完成控制系统的软件设计。实现数据采集；跟踪转子位置，输出