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无刷直流电机无线组网控制系统研究与设计

作　者: 赵兴
导　师: 张珣
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无刷直流电机 无线通信 组网控制 模糊PID算法
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要


无刷直流电机（BLDC）结构简单、运行效率高、速度易调、易于维护，以电子换向器代替电刷，克服了电机电刷换向时容易产生噪声，火花和干扰并且影响寿命等致命缺陷，集直流电机和交流电机的优点于一身，因此在工业生产和日常生活中应用十分广泛，关注度也越来越高。当前单个电机控制的硬件系统和电机调速算法是电机控制研究的热点，很少把电机群作为研究对象，进行集中式控制；部分研究涉及到电机群的研究，但是他们使用的方法也都是有线控制，在电机较多或者环境恶劣不适宜布线的情况下，给布线工作带来很大的困难。针对这些问题和不足，本文提出一种针对电机群的无线组网控制方案，该方案以无线通信为主辅以有线通信，即在电机控制环节全部为无线控制，干线采用有线传输数据，大大减少了布线环节，很大程度上摆脱了“线”的束缚。这样既降低了设备成本，也降低了维护成本和人工看护成本，提高了产品的竞争力。该方案经过优化后可广泛用于智能家居、智能楼宇和工业控制当中。利用该方案设计的无刷直流电机控制系统采用三层结构，最上层为电机控制客户端，中间层为无线数据收发模块，最底层为电机控制系统。最上层和中间层是单线有线通信，为了尽可能延长通信距离，将RS232通信转化为RS485通信进行数据传输；中间层和最底层进行无线数据传输。最上层的客户端是电机监控指令发送平台也是电机实时参数的显示平台，运用MFC技术进行研发，可以对电机群里的任一电机进行实时参数更改和监测；无线数据传输模块以无线收发芯片CC1101和控制芯片PIC18F45K20为核心，可以完成客户端和电机控制器之间的无线数据传送和接收；电机控制器采用dsPIC33FJ32MC204作为主控MCU，可以与中间层的无线通信模块进行无线通信，接收客户端的控制指令对电机进行参数检测上传或者更改电机的运行参数，电机调速控制采用模糊PID控制算法。该算法集模糊算法和经典PID算法的优点于一体，可以较好的应对直流无刷电机控制系统中非线性、强耦合、多干扰的现场环境。最后进行了系统联调并对前期的设计进行了部分修改和完善。调试结果表明：本系统达到了预期的设计要求，可以完成无刷直流电机无线组网控制，实现了相关的功能。为了进一步完善系统的设计和提高性能，在文章的末尾给出了系统未来的研究方向和改进建议。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 研究背景  10
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  10-14
    1.2.1 电机的发展  10-11
    1.2.2 研究现状  11-14
    1.2.3 发展趋势  14
  1.3 论文的研究内容和创新点  14-15
    1.3.1 论文的研究内容  14
    1.3.2 论文的创新点  14-15
  1.4 论文的内容安排  15-17
第2章 无刷直流电机的结构与控制原理  17-23
  2.1 无刷直流电机结构  17-19
    2.1.1 电机本体  17-18
    2.1.2 电子换向器  18-19
    2.1.3 转子位置传感器  19
  2.2 无刷直流电机控制原理  19-20
  2.3 无刷直流电机状态方程和控制模型  20-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 系统的总体设计  23-27
  3.1 无刷直流电机无线组网控制系统的组成  23
  3.2 电机控制客户端的功能需求和总体设计  23-24
    3.2.1 客户端功能需求  23-24
    3.2.2 总体设计  24
  3.3 无线数据传输系统的功能需求和总体设计  24-25
    3.3.1 无线数据传输系统的功能需求  24-25
    3.3.2 无线数据传输系统的总体设计  25
  3.4 无刷直流电机控制器的功能需求和总体设计  25-26
    3.4.1 无刷直流电机控制器的功能需求  25-26
    3.4.2 无刷直流电机控制器的总体设计  26
  3.5 本章小结  26-27
第4章 电机控制客户端及 RS232/RS485 串口转换器设计  27-38
  4.1 Visual C++ 6.0 开发平台介绍  27-29
  4.2 客户端功能分析  29
  4.3 客户端功能实现  29-33
    4.3.1 登录保护功能  30-31
    4.3.2 串口配置功能  31
    4.3.3 本地设置  31-32
    4.3.4 电机参数检测  32
    4.3.5 电机参数修改功能  32-33
  4.4 RS232/RS485 串口转换器设计  33-37
    4.4.1 RS232/RS485 串口比较  33-35
    4.4.2 RS232 和 RS485 转换器硬件设计  35-37
  4.5 本章小结  37-38
第5章 无刷直流电机无线数据传输模块设计  38-48
  5.1 无线收发芯片 CC1101 介绍  38-41
    5.1.1 芯片构造与工作原理  38-40
    5.1.2 CC1101 参数配置  40-41
  5.2 无线数据传输系统硬件结构  41-44
    5.2.1 CC1101 无线通信模块硬件设计  41-42
    5.2.2 控制器模块  42-44
  5.3 无线数据传输系统的软件设计  44-47
    5.3.1 开发工具  44-45
    5.3.2 通信协议  45-46
    5.3.3 CC1101 的数据接收和发送  46-47
  5.4 本章小结  47-48
第6章 无刷直流电机控制系统设计  48-58
  6.1 dsPIC33f 高性能 16 位数字信号控制器简介  48-51
    6.1.1 dsPIC33f 控制器结构和特点  48-50
    6.1.2 dsPIC33f 控制器开发工具  50-51
  6.2 电机控制器硬件设计  51-54
    6.2.1 电机控制系统控制板  51-52
    6.2.2 电机控制系统功率板  52-54
  6.3 电机控制系统软件设计  54-57
    6.3.1 电机调速控制算法  54-56
    6.3.2 软件设计  56-57
  6.4 本章小结  57-58
第7章 系统调试和总结展望  58-61
  7.1 系统调试  58
  7.2 总结与展望  58-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
附录  66

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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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