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基于单片机PIC18F2431的无刷直流电动机控制系统

作　者: 尹作菲
导　师: 郑相周
学　校: 华中农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 无刷直流电动机 PIC单片机 PWM 数字PID算法
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


无刷直流电动机(BLDCM)既具有传统直流电动机的调节特性好,堵转转矩大等优点,又由于采用电子换向器,从而克服了机械换向带来的一系列问题,使无刷直流电动机成为当前电动机控制领域的热门课题。论文介绍了基于PIC18F2431单片机的有位置传感器无刷直流电动机(BLDCM)驱动控制系统的硬件设计和软件设计。本系统采用PIC18F2431单片机作为控制芯片,在本系统硬件设计方面,设计了控制芯片的外围电路、控制部分硬件电路和驱动部分硬件电路。控制部分硬件电路包括转子位置反馈电路、速度给定电路、速度检测环节和电流检测电路,驱动部分硬件电路包括功率晶体管驱动电路、三相桥式逆变电路和光耦隔离电路。采用霍尔传感器作为无刷直流电动机的位置传感器,单片机根据位置传感器的信号使能PWM信号输出,驱动功率晶体管导通,从而控制无刷直流电动机转动。在系统软件设计方面,采用C语言编写程序,整个控制系统软件由初始化模块程序、功率控制PWM模块程序、运动反馈模块程序、A/D采样模块程序和PID算法计算模块程序组成。它们完成芯片初始化、变量的初始化、PWM产生、转子位置检测、A/D采样、数字PID控制等功能。所设计的无刷直流电动机控制系统控制结构简单、运行性能良好、调试方便。本系统采用速度电流双闭环控制结构,特别是利用电机位置传感器实现速度反馈,简化系统结构,具有一定的创新性。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第1章 绪论  8-13
  1.1 本课题的目的及研究意义  8-10
    1.1.1 无刷直流电动机的发展  8-9
    1.1.2 无刷直流电动机的应用  9-10
  1.2 国内外无刷直流电动机及其驱动控制技术的研究动态  10-11
    1.2.1 无刷直流电动机研究现状  10-11
    1.2.2 无刷直流电动机驱动控制技术的研究现状  11
  1.3 本课题主要研究内容  11-13
第2章 无刷直流电动机的控制基础  13-24
  2.1 无刷直流电动机的结构  13-15
  2.2 无刷直流电动机的工作原理  15-16
  2.3 无刷直流电动机的数学模型  16-18
  2.4 转子位置传感器  18-19
    2.4.1 转子位置传感器的作用  18
    2.4.2 霍尔位置传感器在无刷直流电动机中的应用  18-19
  2.5 无刷直流电动机电枢绕组的连接方式和电子换向  19-22
    2.5.1 无刷直流电动机电枢绕组的连接方式  19-20
    2.5.2 无刷直流电动机电枢绕组的电子换向  20-22
  2.6 无刷直流电动机的调速技术  22-23
    2.6.1 无刷直流电动机的调速原理  22
    2.6.2 无刷直流电动机电枢电压的调节方法  22-23
  2.7 本章小结  23-24
第3章 无刷直流电动机控制系统的控制方案与硬件设计  24-41
  3.1 无刷直流电动机控制系统的控制方案  24-25
  3.2 无刷直流电动机控制系统的硬件原理框图  25
  3.3 无刷直流电动机的控制芯片  25-28
    3.3.1 控制芯片的选择  25-26
    3.3.2 PIC18F2431单片机的功能特性  26-27
    3.3.3 PIC18F2431单片机的外围电路  27-28
  3.4 控制部分硬件电路设计  28-32
    3.4.1 转子位置反馈电路  28-30
    3.4.2 速度给定电路  30-31
    3.4.3 速度检测环节  31
    3.4.4 电流检测电路  31-32
  3.5 驱动部分硬件电路设计  32-39
    3.5.1 功率晶体管驱动电路  33-36
    3.5.2 三相桥式逆变电路  36-37
    3.5.3 光耦隔离电路  37-39
  3.6 电源部分硬件电路设计  39-40
  3.7 本章小结  40-41
第4章 无刷直流电动机控制系统的软件设计  41-54
  4.1 PIC单片机系统软件开发工具  41-43
  4.2 主程序设计  43-44
  4.3 子程序设计  44-53
    4.3.1 初始化模块程序设计  44-46
    4.3.2 功率控制PWM模块程序设计  46-48
    4.3.3 运动反馈模块程序设计  48-49
    4.3.4 A/D采样模块程序设计  49-50
    4.3.5 PID算法计算模块程序设计  50-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章 系统调试与运行分析  54-58
  5.1 系统调试  54-55
  5.2 系统运行分析  55-57
  5.3 本章小结  57-58
第6章 总结与展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
附录  63

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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