本文關(guān)鍵詞：基于STM8的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究

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【摘要】：無刷直流電機(jī)調(diào)速控制是無刷直流電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié),直接影響其運(yùn)行特性,決定著一臺(tái)電機(jī)能否發(fā)揮出最大效能以及一個(gè)機(jī)電系統(tǒng)能否滿足于在某種環(huán)境下的使用等問題。所以設(shè)計(jì)科學(xué)的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng),是提高生產(chǎn)率的重要前提。目前無刷直流電機(jī)多應(yīng)用于汽車、家電、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域的精密調(diào)控環(huán)節(jié),通過設(shè)計(jì)更完善的無刷直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng),確保電機(jī)輸出穩(wěn)定、精確,同時(shí)進(jìn)一步提高電機(jī)利用效率,這對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)具有巨大的促進(jìn)作用。所以通過研究無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)來進(jìn)一步改善機(jī)電系統(tǒng)性能對(duì)解放和發(fā)展生產(chǎn)力具有重要意義。STM8是一種新興的專門適用于無刷電機(jī)控制的微處理器,具有六路帶死區(qū)互補(bǔ)輸出功能的PWM通道,是一種專門為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的具有優(yōu)異的性能控制芯片。同時(shí)其價(jià)格一般僅是普通電機(jī)驅(qū)動(dòng)處理器價(jià)格的五分之一。綜上所述,由其構(gòu)成的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的成本大為降低,所以價(jià)格低廉,并且具備大量裝備的條件,因此特別符合我國農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展的需要。目前,無刷直流電機(jī)控制策略中檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法主要為利用霍爾元件獲取信號(hào)計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置。這種方式除了要在電機(jī)上裝額外的傳感器元件以外,還要考慮避免在電機(jī)工作中因震動(dòng)、過熱等現(xiàn)象產(chǎn)生的諸如精度下降,動(dòng)態(tài)響應(yīng)遲緩等問題。針對(duì)上述問題,本文設(shè)計(jì)了無刷直流電機(jī)無傳感器檢測(cè)調(diào)速硬件平臺(tái),主要由控制電路、功率電路、信號(hào)處理等部分組成,以N+N MOS架構(gòu)為主,建立核心功率控制電路。首先,設(shè)計(jì)了三段式啟動(dòng)方式,大大縮小了無刷直流電機(jī)在低速運(yùn)行過程中的信號(hào)檢測(cè)盲區(qū),提高了電機(jī)啟動(dòng)階段性能。其次,采用檢測(cè)懸空相繞組上反電動(dòng)勢(shì)過零點(diǎn)來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的方法,使得所獲取的最佳換相時(shí)刻更為精準(zhǔn),提高了電機(jī)運(yùn)行階段的穩(wěn)定性。再次,通過PI調(diào)節(jié)方式,設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制環(huán)節(jié),縮短了動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間,提高了系統(tǒng)快速反應(yīng)能力和控制精度。通過在matlab仿真軟件檢驗(yàn)電機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié),計(jì)算得出了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性曲線。從仿真結(jié)果來看,雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)在精確穩(wěn)定輸出轉(zhuǎn)速的同時(shí)最大程度上縮短動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程時(shí)間。最后,編寫了調(diào)速系統(tǒng)各模塊控制軟件,實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)功能。為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)操作簡(jiǎn)明化,另增加了C++編寫的上微機(jī)程序,實(shí)現(xiàn)了操作系統(tǒng)可視化。實(shí)驗(yàn)表明,基于STM8的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)具有較高的控制精度、較強(qiáng)的可靠性及可操作性,為無刷直流電機(jī)調(diào)速的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ),具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：驅(qū)動(dòng)控制 無傳感器檢測(cè) PWM PID Matlab/Simulink 閉環(huán)控制
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM33
【目錄】：

• 摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 引言11-16
• 1.1 研究目的及意義11-12
• 1.2 無刷直流電機(jī)國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)12-15
• 1.2.1 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)技術(shù)12-13
• 1.2.2 無刷直流電機(jī)的控制技術(shù)13-15
• 1.3 本章小結(jié)15-16
• 2 無刷直流電機(jī)原理16-24
• 2.1 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.1 定子16
• 2.1.2 轉(zhuǎn)子16-17
• 2.2 無刷直流電機(jī)的工作原理17-19
• 2.3 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型19-21
• 2.3.1 電壓方程19-20
• 2.3.2 轉(zhuǎn)矩方程20-21
• 2.4 無刷直流電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)法轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)21-23
• 2.5 本章小結(jié)23-24
• 3 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)24-33
• 3.1 總體設(shè)計(jì)方案24-33
• 3.1.1 電源及STM8電路24-26
• 3.1.2 功率驅(qū)動(dòng)電路26-28
• 3.1.3 STM8控制單元和PWM的生成28-30
• 3.1.4 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路30
• 3.1.5 電流檢測(cè)和過流保護(hù)電路30-31
• 3.1.6 電磁兼容設(shè)計(jì)31-32
• 3.1.7 本章小結(jié)32-33
• 4 軟件設(shè)計(jì)33-42
• 4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)33-41
• 4.1.1 系統(tǒng)軟件框圖33-35
• 4.1.2 轉(zhuǎn)子位置預(yù)設(shè)置35-36
• 4.1.3 電機(jī)啟動(dòng)程序36
• 4.1.4 反電勢(shì)過零檢測(cè)部分軟件設(shè)計(jì)36-40
• 4.1.5 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)40-41
• 4.2 本章小結(jié)41-42
• 5 調(diào)速系統(tǒng)仿真42-48
• 5.1 電流環(huán)設(shè)計(jì)42-44
• 5.2 速度環(huán)設(shè)計(jì)44-47
• 5.3 本章小結(jié)47-48
• 6 系統(tǒng)調(diào)試48-55
• 6.1 測(cè)試平臺(tái)組成48-49
• 6.2 STM8芯片仿真調(diào)試49-50
• 6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析50-54
• 6.4 本章小結(jié)54-55
• 7 結(jié)論與展望55-57
• 7.1 結(jié)論55
• 7.2 展望55-57
• 致謝57-58
• 參考文獻(xiàn)58-60
• 附錄60-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62

【參考文獻(xiàn)】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 姜衛(wèi)東;混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用無刷直流電機(jī)動(dòng)態(tài)性能及控制策略的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 莊百興;1.5kW高壓稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器研究[D];湖北工業(yè)大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：692962