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基于ARM的无刷直流电机控制系统的研究

作　者: 李唐娟
导　师: 赵影
学　校: 天津理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无刷直流电机 ARM-LPC1766 无位置传感器 PWM调制 仿真模型
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着科技的发展,人们对很多技术产品的要求越来越精细化,尤其是在一些先进高端的研究领域。例如在医疗器械、家电、交通工具等方方面面我们都对其提出了更高的要求,希望其越来越小型化、精密化、使其能更好的满足人们的需要。而日常的产品中大多都离不开电机的驱动,要想使得这些技术能更好的满足人们的要求,电机驱动的便捷化将会给这些领域带来很快的发展和改进。无刷直流电机就是伴随着电力电子的发展与对电机体积性能要求的逐步提高应运而生的。无刷直流电机用电子换相取代了直流电机的机械换相,保留了直流电机的优良特性同时也克服了直流电机的一些缺点。本文在对无刷直流电机发展与国内外现状介绍的基础上从无刷直流电机的控制系统原理、数学模型等方面做了深入研究。首先应用MATLAB仿真软件实现了无刷直流电机控制系统的理论验证,利用SIMULINK强大的仿真功能设计了电机的控制系统。完成了无刷直流电机控制系统仿真。论文中通过两种仿真模型的搭建,结合无刷直流电机的工作原理与数学模型进行了理论分析。其次论文对目前比较热门的无位置传感器无刷直流电机的控制进行了理论分析。在对该控制策略分析过程中对起动位置、位置检测等方面进行了分析与优缺点比较。提出了全速三次谐波位置检测的方法并通过仿真模块对三次谐波进行了检测。最后在仿真实现与理论分析的基础上设计了无刷直流电机控制系统,并进行了硬件的选型与电路设计。控制系统的主控芯片采用了NXP公司的LPC1766,该芯片是以ARM最新的Contex-M3为内核的。并且该控制系统通过Modbus总线协议实现了数据的传输。在U-Vision4开发环境中进行了软件编程,论文通过流程图的方式给出了软件实现的过程。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 无刷直流电机在国内外的发展与现状  10
  1.3 无刷直流电机的控制方式  10-12
    1.3.1 调速控制  11
    1.3.2 无位置传感器控制  11
    1.3.3 新型的控制策略  11-12
  1.4 无刷直流电机的应用领域  12-13
  1.5 本课题的主要研究内容  13-14
第二章 无刷直流电机的工作原理与数学模型  14-25
  2.1 无刷直流电机系统组成  14
  2.2 无刷直流电机的控制原理  14-17
  2.3 无刷直流电机的数学模型  17-22
    2.3.1 绕组电压方程  17-20
    2.3.2 电磁转矩方程与运动方程  20-22
  2.4 无刷直流电机的运行特性  22-24
    2.4.1 机械特性与调速特性  22-23
    2.4.2 起动与工作特性  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章 无刷直流电机的仿真研究  25-32
  3.1 滞环电流控制换相法的仿真模型  25-29
    3.1.1 电流的滞环控制、参考电流的确定  25-26
    3.1.2 反电动势的实现  26-27
    3.1.3 仿真实验结果分析  27-29
  3.2 采用PWM 调制法下的仿真  29-31
    3.2.4 无刷直流电机控制的仿真框图  29-30
    3.2.5 仿真结果分析  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章 无位置传感器无刷直流电机位置检测方法的研究  32-41
  4.1 基于反电动势过零点位置检测的研究  32-35
    4.1.1 反电动势电压检测数学方程分析  32-34
    4.1.2 无刷直流电机的起动  34-35
  4.2 基于三次谐波检测法的研究  35-38
  4.3 无位置传感器控制与仿真研究  38-40
    4.3.1 三次谐波起动法  38-39
    4.3.2 全速三次谐波检测法的仿真分析  39-40
  4.4 本章小结  40-41
第五章 无刷直流电机控制系统的软硬件设计  41-53
  5.1 控制系统整体设计  41-42
  5.2 主控芯片LPC1766简介  42-43
  5.3 控制系统硬件设计  43-48
    5.3.1 硬件选型  44-45
    5.3.2 电源电路  45-46
    5.3.3 驱动电路  46-47
    5.3.4 RS485串口电路  47-48
    5.3.5 隔离与电流检测电路  48
  5.4 控制系统软件设计  48-52
    5.4.1 Modbus协议  49
    5.4.2 Modbus的传输模式  49-50
    5.4.3 软件设计流程  50-52
  5.5 本章小结  52-53
第六章 总结与展望  53-54
参考文献  54-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57-58

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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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