三相直流无刷电机DSP控制系统的设计(3)

１９７０年以后，国际上电力半导体技术突飞猛进，其特征是，出现了通和断或开和关都能控制的全控裂电力电子器件（亦称自关断型器件），如门极可关断晶闸管（ＧＴＯ）、大功率或巨型晶体管（ＧＴＲ）、功率场效应晶体管（Ｐ—ＭＯＳＦＥＴ）和绝缘栅极双极晶体管（ＩＧＢＴ）

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

等。这样，就突破了以普通晶闸管半控型器件为主体的单一局面。而形成了一个庞大的电力半导体器件家族。

电力电子技术包括器件和应用，即器件和电路，也即元件和装置两个方面。器件和电路的发展是相辅相成、互相促进的。新的器件出现能开拓许多新的应用领域，做出新的装置；应用中出现的新的问题又对器件提出新的要求，推动新器件的研制。电力电子技术的发展还和控制技术的发展紧密相关。控制电路经历了由分立器件到集成电路的发展阶段。现在已有专门为各种控制功能设计的专用集成电路，使电力电子装置的控制大为简化。特别是微处理器和微犁计算机的引入，使控制技术发生根本性的变化。

电力电子技术促进了机电一体化这一产业的长远发展。在工业和民用的各种机电设备中，有９５％与电力电子产业有关。电力电子技术是弱电控制强电的桥梁，是机电设备与计算机之间的重要接口，它为传统产业和新兴产业采用微电子技术创造了条件。电力电子器件高频化和变频技术的发展，将使机电设备突破工频传统，向高频化方向发展。实现最佳工作效率，将机电设备的体积减小，响应速度高速化，实现无噪音且具有全新的功能和用途【７ｌ。

１．５国内外电机伺服系统的研究状况

目前，全球市场对数控设备的要求为高速、高精度和柔性化，而对数控设备的核心部件——伺服电机控制系统的研究主要集中在伺服系统控制性能的提高上，如采用：

●数字控制；

●

●

性能更佳的高速数字信号处理器；新型的控制算法；逆变器采用智能功率集成电路；控制对象采用无刷直流电机等。

随着人们对计算机的依赖性逐渐增强，伺服电机控制系统正发生从模拟到数字的转化。数字化成为当前伺服领域发展的一大趋势。国外伺服电机大都采用数字化控制，由硬件伺服技术转向软件伺服技术。我国也正在面临着这场循序渐进的革命。因此，实现伺服电机的数字化控制是一个总的发展方向。

采用高速数字信号处理器（ＤＳＰ），向更高性能的全数字化方向发展是伺服系统的主流，反应了伺服系统发展的水平和主导方向。美国ＴＩ公司研制的ＤＳＰ为内核的集成电机控制芯片——－ＴＭｓ３２０ｃ２４ｘ系列不但具有高速信号处理和数字控制功能所必需的体系结构特点，而且具有为电机控制应用提供单片解决方案所必需的外围设备，使系统硬件得到极大的简化，提高了系统的可靠性，减小了体积，降低了成本。

在控制方面，广泛采用智能控制手段代替传统的ＰＩ（Ｄ）控制，并将人工智能、模糊控制、神经元网络等新成果应用于控制系统中。

伺服系统中所用的电力电子器件不断向高频化发展，智能功率集成电路进一步得到普遍应用。

尽管目前看来，无刷直流电机没有价格优势，但是因为其体积小、重最轻、电磁转矩脉动小、出力大、结构简单、工作可靠、调速性能好、免维护等优点，因此在伺服控制领域具有广泛的应用前景。

在国外数控设备迅速发展的同时，我国由于起步晚，专业定点生产厂少，主要是因为自主研制的伺服控制系统品种有限，而且普遍为小功率，性能和国外生产的相比还有待进一步提高，暂时还不能满足高精度数控设备的需要。且目前对伺服系统的研究还处于实验阶段，大部分数控设备依赖进１：３，每年我国进口数控设备的款项都在２０亿美元以上俐。

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。

第一章绪论

最近几年，我国数控设备由过去的大型军工企业应用为主转变为中小企业应用为主，应用面较以往大为拓宽，因此，带动了数控设备核心功能部件——叫司服电机控制系统的市场需求量，因此，迅速为我国数控设备提供自主研制的高性能、高可靠的伺服系统刻不容缓。

１．６课题的主要内容和技术指标

课题结合电机技术、电力电子技术以及控制器技术的最新发展，主要进行三相直流无刷电机控制系统的理论研究和软件，硬件的调试。首先进行有位置传感器的三相直流无刷电动机Ｉ）ＳＰ控制平台的构建。决定采用典型的直流电机双闭环控制方案。

使用具有代表性的梯形反电动势的三相直流无刷电动机，其功率电子主回路采用三相Ｙ形连接全控桥式逆变电路，首先解决在两两通电方式下的速度控制，进而研究三三通电方式下的电机特性，在此基础上，完成下面几个部分的设计：

ｌ－

２．

３．

４．电动机转子位置的检测；电动机相电流的检测；参考速度的输入和速度的测量；速度误差和电流误差的调节；

５．Ｐ硼信号的产生；

６．ＤＳＰ控制器与外部元器件的连接；

７．

８．功率逆变器的设计；控制系统软件设计。

理论上主要进行直流电机模型的建立；研究ＰＩＤ算法和自适应控制理论在此系统上的可行性；并进行直流电机调速系统的工程优化设计。

在有位置传感器的直流无刷电机运动控制系统研究的基础上，进行无位置传感器的直流无刷电机运动控制系统的方案论证，并对原有控制系统改进设计，为今后研究打下基础。１．７小结

本章主要论述直流无刷电机的发展和实际应用，结合近年来电力电子技术和微处理器技术的发展，以及未来研究和工程使用的需要，以构建教学科研实验平台为目的，作者决定对三相直流无刷ＤＳＰ控制系统进行开发和研究。

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。

第二章直流无刷电动机的基本原理及系统构成

第二章直流无刷电动机的基本原理及系统构成

２．１直流无刷电动机的控制系统结构

直流无刷电动机的结构原理如图所示。

圈２－ｌ直流无刷电动机控制系统结构

它主要由电动机本体、位置传感器和逆变器电路三部分组成。无刷电机的转子一般为含有稀土的永磁体，当定子一相绕组通电，该相绕组产生的磁场与定子磁场产生力作用，驱动定子转动。由转子位置传感器把转子的位置信号反馈给控制器或电子开关线路，控制器或开关线路控制定子绕组按照一定次序导通，来产生旋转的磁场驱动转子连续旋转。由于电子开关线路的导通次序和转子转角是同步的，所以电子开关线路就起到了与机械换相器类似的控制作用。因此，所谓直流无刷电动机， …… 此处隐藏：2773字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……