直流无刷电动机控制系统设计论文答辩

直流无刷电动机控制系统设计,论文内容,研究背景论文内容总结,1,2,3,研究背景,电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已经遍及国民经济的各个领域，其中直流电动机具有良好的起动性能和宽广平滑的调速特性，其运行效率高，因而被广泛应用于需要经常起动并调速的场合中。 但传统的直流电动机的换向是靠换向器和电刷进行换流，在频繁的运转过程中，由于换向器和电刷的摩擦，一方面消耗电刷，使我们不得不定期检查和更换电刷，耗时耗力，寿命短；另一方面又产生电火花、电磁干扰，影响附近的电气设备。 因此出现了直流无刷电动机。,返回,研究背景,发展状况1、用整流管代替机械电刷2、用晶体管换向线路代替机械电刷 3、稀土材料的发展 4、电力半导体器件飞速发展，如GTR、GTO、MOSFET、IGBT等,返回,研究背景,国内外现状：国际 1、采用智能功率模块作为电机的驱动 2、研制更加适合于无刷电动机控制的微处理器，如DSP 3、采用现代控制理论和智能控制策略国内 起步晚，主要在科研单位,返回,论文内容,本文以直流无刷电动机为控制对象，提出基于PIC16F877A单片机的直流无刷电动机调速系统的设计方案。 本文研究的主要内容是： 1、总结了无刷直流电动机的基本结构和工作原理 2、设计出直流无刷电动机控制系统的硬件接口电路 3、设计出控制系统的软件程序,返回,论文内容,一、直流无刷电动机二、直流无刷电动机控制策略三、控制系统硬件接口电路设计四、控制系统软件设计,返回,一、直流无刷电动机,电动机,返回,一、直流无刷电动机,返回,一、直流无刷电动机,直流无刷电动机基本结构图 定子：电枢绕组 转子：永磁钢,返回,一、直流无刷电动机,返回,直流无刷电动机内部结构图,一、直流无刷电动机,直流无刷电动机结构其主要组成部分包括： 电动机本体 转子位置传感器 开关电路,返回,直流无刷电动机原理框图,一、直流无刷电动机,三相星形连接全控桥式电路,返回,一、直流无刷电动机,在三相无刷直流电动机全控式电路的运行方式中，导通方式有很多种，最常见的有两两导通方式和三三导通方式。本文采用两两导通方式，其中VF1、VF2、VF3、VF4、VF5、VF6为六只MOSFET功率管，其绕组的开关作用所谓两两导通方式是指每一个瞬间有两个功率管导通，每隔1/6周期（60电角度）换相一次，每一次换相一个功率管，每一个功率管导通120电角度。,返回,一、直流无刷电动机,定子旋转示意图,返回,定子磁场旋转示意图,一、直流无刷电动机,Y联结绕组两两通电时的合成转矩矢量图,返回,一、直流无刷电动机,全控形输出电压波形,返回,二、直流无刷电动机控制策略,直流无刷电机控制技术的发展 1、无位置传感器控制 2、变结构控制 3、模糊控制和PID相结合的Fuzzy-PID控制 4、神经网络和模糊控制相结合的复合控制,返回,二、直流无刷电动机控制策略,直流电动机转速n的表达式为调速方法1、调节电枢供电电压U 2、改变电机的主磁通 3、改变电枢回路电阻R,返回,二、直流无刷电动机控制策略,脉宽调制（PWM） PWM控制技术，它是通过对输出电压或输出电流的一系列脉冲的宽度进行调制，来获得所需电压或电流的大小和形状的一项技术。 对此控制系统而言，脉宽调制是调整脉冲的宽度而不是频率，是通过改变电机电枢电压接通时间和通电周期的比值（即占空比)来控制电机速度。,返回,二、直流无刷电动机控制策略,模拟电路及分离式元件组成的电路其控制电路复杂，且存在零点漂移现象，稳定性不强数字控制方式 1、单片机 2、DSP 3、高性能专用集成芯片,返回,二、直流无刷电动机控制策略,直流无刷电动机速控制器系统结构图,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,PIC16F877A引脚图,返回,PIC16F877A有33根I/O引脚，这33个I/O引脚均可作为普通的输入/输出引脚使用，大部分I/O引脚还有2个以上的功能。 有A、B、C、D、E共5个端口，其中A端口有6个脚，B、C、D端口各有8个引脚，E端口有3个引脚,三、控制系统硬件接口电路设计,PIC16F877A芯片介绍3个定时器，2个8位，1个16位 2个CCP模块，即捕捉、比较、脉宽调制模块 8路10位A/D转换器 看门狗电路（WDT） 1个同步串行接口，SPI与I2C2个模拟电压比较器1个参考电压发生器等,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,控制系统主电路,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,单片机外围电路,单片机外围电路,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,指示电路,返回,当发生故障时，三极管导通，起指示作用的的发光二极管亮,三、控制系统硬件接口电路设计,IR2130简介 IR2130是国际整流器公司最新推出的高压集成驱动器，具有六路输入信号和六路输出信号，其中六路输出信号中的三路具有电平转换功能, 因而它既能驱动桥式电路中低压侧的功率器件, 又能驱动高压侧的功率元件。该驱动器可工地运行，只需一路电源。,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,IR2130介绍,VCC为输入电源HIN1、HIN2、 HIN3、 LIN1、 LN2、 LIN3为输入端FAULT 为故障输出端ITRIP为电流比较器输入端CAO 为电流放大器输出端CA-为电流放大器反向输入端,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,IR2130简介,VSS为电源地VS0为驱动地 LO1、LO2、LO3为三路低侧输出VB1、VB2、VB3为三路高侧电源端HO1、VS1、HO2、 VS2、HO3、VS3为三路高侧输出端,返回,三、控制系统硬件接口电路设计,IR2130驱动电路图,返回,四、控制系统软件设计,本设计是应用PIC单片机实现的，主要功能是对电动机进行调速、制动及欠电压保护。 该系统由系统初始化模块、高优先级和低优先级中断服务程模块组成。程序初始化模块(包括变量初始化模块、中断初始化模块、PWM初始化模块、A/D初始化模块)，A/D采样子程序, 延时子程序等 。,返回,四、控制系统软件设计,主程序流程图,返回,四、控制系统软件设计,中断服务流程图,返回,四、控制系统软件设计,B口电平变化中断服务程序流程图,返回,四、控制系统软件设计,返回,制动处理子程序流程图,四、控制系统软件设计,欠电压处理子程序,返回,总结,本课题研究的重点是对整个控制系统的硬件的设计和软件的编写。硬件部分重点在于控制模块的设计，这是整个硬件部分最核心部分。控制模块是基于PIC16F877A单片机，通过高性能六输出MOS栅极驱动器IR2130而设计的。,返回,总结,本文主要做了以下工作:1、分析了无刷直流电动机