三相直流无刷电机DSP控制系统的设计

本文设计了48V／800W直流无刷电机的DSP调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以TMS320LF2407为核心的最小系统,对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括PWM产生、传感器信号输入、速度调节器等。对SPWM的DSP产生,Pl调节器实现做了一些探讨。

东南大学

硕士学位论文

三相直流无刷电机DSP控制系统的设计

姓名：吴洲

申请学位级别：硕士

专业：机械电子工程

指导教师：毛玉良

20060301

本文设计了48V／800W直流无刷电机的DSP调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以TMS320LF2407为核心的最小系统,对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括PWM产生、传感器信号输入、速度调节器等。对SPWM的DSP产生,Pl调节器实现做了一些探讨。

中文摘要

三相直流无刷电机ＤＳＰ控制系统的设计

研究生姓名：吴洲

导师姓名：毛玉良副教授

学校名称：东南大学

电力电子技术、电机技术、控制器技术的发展为机电一体化产业的进步提供强大的动力。与经常应用在电机控制中的有刷电机相比，ＭＣＵ控制的无刷直流（ＢＬＤＣ）电机消除了刷子磨损和换相器弧形机构，提高了控制系统的稳定性和寿命，电力电子器件的应用大大减小了控制系统的体积，使得这种控制结构在工业和睦用中得到广泛应用并在伺服领域呈现良好的应用前景。

在这些背景下，本文详细分析了三相直流无刷电机的工作原理，推导了无刷电机数学模型和控制系统动态模型，通过理论分析，提出了转矩脉动产生的原因和实际的减小方法。

本文设计了４８Ｖ／８００Ｗ直流无刷电机的ＤＳＰ调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７为核心的最小系统，对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括ＰＷＭ产生、传感器信号输入、速度调节器等。对ＳＰＷＭ的ＤＳＰ产生，Ｐｌ调节器实现做了一些探讨。

本文针对逆变电路的不同工作方式，运用ＰＷＭ调速的方法，分别做了全桥调制、半桥调制实验，并对实验结果进行了分析。最后和前面设计的专用集成电路控制系统做了性能上的比较。

本文是在电机控制最新的应用的基础上，做一些跟踪性的研究工作，以便为今后实验和科研工作打下基础。实验表明，本无刷电机控制系统运行性能良好，调试方便，开关噪音小，升级换代容易，为后续的研究工作提供了基础和借鉴。关键词：三相直流无刷电机，ＤＳＰ，栅极驱动电路，转矩脉动，三相逆变电路

本文设计了48V／800W直流无刷电机的DSP调速系统的硬件和软件。硬件包括系统电源、三相全桥逆变电路、以TMS320LF2407为核心的最小系统,对电力功率器件的选择和驱动电路的设计做了大量实验。本系统的控制软件包括PWM产生、传感器信号输入、速度调节器等。对SPWM的DSP产生,Pl调节器实现做了一些探讨。

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆＤＳＰＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＡｐｐｌｉｅｄＴｏＴｈｒｅｅＰｈａｓｅ

ＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣ

ＢｙＷＵＺｈｏｕ

ＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄＭｏｔｏｒＹｕ－ｌｉａｎｇｂｙＰｒｏｆ＝ＭＡＯ

ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ

ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｏｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｏｆｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏＵｅｒｅｌｅｃｔｒｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｂｒｕｓｈ

ａｒｅａｂｒａｓｉｏｎａｎｄａｒｃ—ｓｈａｐｅｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｐｈａｓｅｅｘｃｈａｎｇｅａｖｏｉｄ．ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＢｒｕｓｈｌｅｓｓＤＣ

ｏｎｅｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｍｉｃｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｍｏｒｅｓｔａｂｌｅａｎｄｈａｓｌｏｎｇｅｒｎａｔｕｒａＩＩｉｆｅｔｈａｌｌｗｉｔｈｂｒｕｓｈ

ＤＣｍｏｔｏｒｔｈａｔｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｄｅｖｉｃｅｓｇｒｅａｔｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｖｏｌｕｍｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｓｏｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆ

ｃｉｖｉｌｉａｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｕｓｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｓａｎｄｗｉｔｈａｗｏｎｄｅｒｆｕｌｖｉｅｗｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｓｅｒｖｏｓｖｓｔｅｍ．

ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｒｅｅｐｈａｓｅＨｅｒｅｂｙ，ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｂｒａｓｈｌｅｓｓＤＣｍｏｔｏｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ；ｔｈｅ

ｓｅｔｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆＢＬＤＣｍｏｔｏｒａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒｅＩｓｙｓｔｅｍａｒｅ

ｏｕｔｕｏ．Ｆｉｎｄｗｈｙｔｈｅｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｓａｐｐｅａｒａｎｄｈｏｗｔ０ｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｍ．

ＴｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｏｆＤＳＰｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｂｒｕｓｈｌｅｓｓ

ｓｙｓｔｅｍｐｏｗｅｒ，ｔｈｒｅｅＰｈａｓｅＤＣｍｏｔｏｒｏｆ４８Ｖ／８００Ｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅ

ｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｓｙｓｔｅｍｔａｋｉｎｇＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７ａｓｔｈｅｃｏｒｅ．ＴｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＰＷＭｓｉｇｎａｌ、ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓｅｌｋｓｏｒｓｉｇｎａｌｉｎｐｕｔａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｍｏｄｕｌａｔｏｒ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｄｅｖｉｃｅｓａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔａｒｅｍａｄｅ．嬲ｗｅｌｌａｓｈｏｗｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅ

ｍｅｄｕｌａｔｅｒｏｆＰＩＤＯｎＤＳＰａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．

ＴｈｅｗｈｏｌｅＳＰＷＭｓｉｇｎａｌａｎｄｈｏｗｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅａｎｄｔｈｅｈａｌｆｂｄｄｇｅｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｉｍｅｄａｔｔｈｅｄｉｖｅｒｓｅｗｏｒｋｍｏｄｅｓｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔａｒｅｓｅｐａｒａｔｅｌｙ

ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｍａｄｅ，ｕｓｉｎｇｔｈｅＰＷＭｔｏｍｏｄｕｌａｔｅｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｉｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｔｈｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅＭＣ３３０３５

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｉｓｍａｄｅ．

ｏｎｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｎｔｈｅｉｒＴｈｅｐａｐｅｒｉｓｔｏｍａｋｅｓｏｍｅｔｒａｃｋｉｎｇＲｊｓｅａｒｃｈｗｏｒｋｂａｓｅｄｔｈｅｌａｔｅｓｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ

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