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无刷直流电机控制及驱动系统设计

2.2万字 52页 原创作品，已通过查重系统

摘要
传统直流电机因为其运行效率高、调速性能好等诸多优点而得到了普遍的应用，在工业中也占据着十分重要的地位，但传统直流电机也有其突出的缺点如电机容量有限、噪音大、容易产生火花和可靠性差等。对于这些缺点，其产生的源头就是传统直流电机所固有的电刷和机械换向器，人们也一直在寻求解决办法。直流无刷电机的出现很好的解决了传统直流电机所存在的缺陷，其构造原理就是使用电子换相器取代电刷和机械换相器。30年以来永磁新材料、自动控制技术、微电子技术和电力电子技术尤其是大功率开关器件得到跨域性的发展无刷电动机也跟着得到了很大的发展。现如今，直流无刷电机不仅具备交流电动机在结构、运行、维护等方面的一系列优点，而且还具有直流电动机在调速、运行效率和励磁损耗等上的诸多优点，所以被广泛应用于机器人、伺服控制、数控机床等领域。现代工业对直流无刷电机控制系统提出的性能要求不断提高，因此对于高性能的直流无刷电机控制器的研究具有十分重要的意义。
本文所设计的直流无刷电机控制器是基于DSP而设计，控制策略选用传统的转速电流双闭环控制。为了完成本次设计，本文就以下几个方面进行了研究:
（1）研究了直流无刷电动机的结构（电机本体，逆变器，位置传感器）、运行原理、控制方式和电机数学模型，分析了电机在换相时所产生的转矩脉动。明确控制性能要求，研究各种控制方案，最终设计出系统的控制方案。
（2）本文运用MATLAB进行了整个控制系统的仿真，整个仿真系统共包括4块：位置解码、参考电流、电流滞环、逆变器。调节仿真系统的参数，并依靠仿真图像对系统做出相关的性能分析。从仿真实验图我们可以看出，控制系统具有良好的静态和动态性能。
（3）按照系统的控制框图，选取芯片，设计直流无刷电机控制器的硬件电路。其包括了电源电路、功率电路、电流检测电路、位置检测电路、驱动电路等。此外还完成了控制系统软件的基本设计。


关键词：直流无刷电机，双闭环调速，MATLAB仿真，DSP