求助无刷直流电机的应用研究论文一篇

希望各位大侠多多帮忙..

基于DSP控制的无刷直流电机的设计
摘要:介绍了基于DSP控制的无刷直流电机的最小系统,论述了最小系统的软硬件设计,并给出了系统的硬
件电路规划图,通过试验得到了PWM波形,最终实现了对电机正、反转控制的目的。
关键词:数字信号;无刷直流电机;软硬件设计;最小系统
前言
数字信号(DigtialSignalProcessing,DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学
科,DSP芯片,也称数字信号处理器,是一种特别适合于数字信号处理运算的微处理器,能够实时快速地
实现各种数字信号处理算法。目前,DSP芯片广泛应用于运动控制、数控机床、航天航空、电力系统、自
动化仪器等领域[1],本文介绍了一种基于DSP控制无刷直流电动机的最小系统设计。
1　芯片选择
选择DSP芯片是DSP系统设计过程中一个非常重要的环节,只有选定了DSP芯片,才能进一步设
计其外围电路及其它电路。本系统所要实现的功能是用DSP芯片实现对无刷直流电动机的控制,根据
系统的需要,选择了TI公司生产的C2000系列中的TMS320LF2407A芯片,该芯片是专为电机控制设计
的一款DSP芯片,它采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3. 3 V,减小了控制器的功耗;
30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33 ns(30MHz),从而提高控制器的实时控制能力。另外它的
两个事件管理器模块特别适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、步进电机、多极电机和逆变器[2]。
TMS320LF2407A的两个事件管理器(EVA,EVB)都有两个定时器、3个比较单元、3个捕捉单元、一
个增量式光电编码器接口。TMS320LF2407A的两个事件管理器的PWM发生电路均可产生12路具有
可编程死区和可变输出极性的PWM信号,直接控制电机驱动器,死区时间可由死区控制寄存器设置。
事件管理器还具有两个功率驱动保护中断输入引脚,可以为功率变换和电动机驱动等系统操作提供安
全保证。另外,它的3个捕获单元可以实现无刷电动机的换相。
2　DSP最小系统的设计
所谓最小系统,即指在尽可能少的外部电路条件下,形成一个可以独立工作的系统。要实现用
TMS3202LF2407A对无刷直流电动机进行控制,是一个复杂的过程,本文先给出DSP最小系统的设计,
在最小系统调通的基础上,再加上一些外围电路,从而一步步的实现对无刷直流电机的控制,通常一个
DSP系统除了DSP芯片之外,还需要电源电路、外扩存储器的设计和JTAG电路三部分[3-5]。下面,分
别对这几个电路进行介绍,DSP系统的硬件接口框图如图1所示。
2.1　电源电路
由于TMS320LF2407A的工作电压是3. 3 V,而外围芯片的工作电压都是5 V,因此就存在一个如何
将3. 3 V DSP芯片与这些5 V供电芯片的可靠接口问题。在本系统中通过接插件得到15 V的电压,然
后通过7805稳压器将15 V的电压转换成5 V。在将5 V转换为3. 3 V时,采用的是TPS7333芯片。该
芯片的输入电压为5 V,它是一个微
功耗低压降的电压调节器,可以从5
V输入电压获得3·3V的输出电压,
输出电流可达500 mA,通过它给
LF2407A供电。另外它还带有复位
功能,当DSP的电压过低或不稳时,
它可以使系统复位。

2.2　时钟电路
系统时钟的选择主要涉及:
(1)频率。系统需要多大的频率,即系统工作于什么频率下;
(2)信号电平。是5 V还是3. 3 V;
(3)时钟的沿特性。上升沿和下降沿时间;
(4)驱动能力。整个系统有多少芯片需要提供时钟。
本设计采用了一个无源晶振,使用无源晶振的优点是价格便宜,另外它可以提供的频率范围一般为
(20 kHz到60MHz),基本可以满足本系统的需要。TMS320LF2407A具有内部锁相环电路,可以从一个
较低的外部时钟通过锁相环倍频电路实现内部倍频,这对于整个电路板的电磁兼容性是很有好处的,因
为外部只需要使用较低频率的晶振,避免外部电路干扰时钟,同时也避免了高频时钟干扰板上其它电
路[6]。
2.3　外部扩展电路
TMS320LF2407A总共可扩展64KB的程序存储器, 64KB的数据存储器和64KB的外部I/O空间,
共计192 KB,其中与外部存储器接口相关的信号主要有: 16位地址总线A(0: 15), 16位数据总线D(0:
15),程序空间选通(PS),数据空间选通(DS), I/O空间选通(IS),写选通(WE)和读选通(RD)等。外
扩存储器的主要目的之一是为了方便系统的调试,因为LF2407A是一个内部集成了Flash存储器的
DSP,方便了程序的运行,但由于程序存入Flash存储器必须要通过烧写才能实现,这样在系统调试时很
不方便,通过在外部扩展一定数量的静态存储器(SRAM),调试时,程序直接加载到外部的SRAM中运
行,等系统调试好了以后,再将程序烧写到片内Flash存储器中,同时,外扩的SRAM可以作为系统的数
据存储器来用,增强了系统的灵活性[7]。在本系统中,采用了CYPRESS公司的CY7C1021C 64 KB×16
高速SRAM作为外部存储器,其访问时间为12 ns,所以,它与LF2407A之间的访问不需要等待状态。
2.4　仿真器连接JTAG
JTAG目标器件通过专用的仿真端口支持仿真,此端口由仿真器直接访问并提供仿真功能,为了与
仿真器通信,用户目标必须具有14引脚的管座(两排,每排7个引脚),在仿真器和JTAG目标系统之间
提供高质量的信号是极为重要的[8]。用户必须提供正确的信号缓冲,测试时钟输入以及多处理器的内
部连接,以确保仿真器和目标系统良好地进行工作,另外EMU0和EMU1信号必须有上拉电阻连接到
VCC。
3　试验
为了验证设计的合理性,对所设计的系统进行了测试,测试部分包括系统的初始化, PWM波的输
出,对霍尔信号的捕捉,通过调节脉宽来改变电机的转速。
3.1　系统初始化
电初始化,如锁相环、事件管理器单元,CAP和PWM,ADC模块,建立和分配各种初始化数据区,为
了在初始化的过程中,防止中断的意外到来,应在主程序的开始处,关中断,完成初始化后,打开中断,采
用循环的方式等待中断,在主程序执行过程中,不断有中断发生,在中断服务子程序中处理电流读取、换
算,速度、位置计算等等。
3.2　PWM波的输出
前面已经介绍了之所以用TMS320LF2407A芯片控制电动机是因为它的事件管理器可以输出PWM
波,可以控制电机驱动器,所以能否输出正常的PWM波,就是电机能否正常运转的关键。本系统中的
DSP芯片是通过它的6路PWM波来控制6个MOSFET管的导通与关断,从而来控制电动机的,所以先
编个小程序输出PWM波信号,系统上电后,软硬件运行正常,可以用示波器测到PWM1引脚上的波形。
3.3　CAP(捕获单元)
系统能输出正常的PWM波以后,我们接下来要对捕获单元进行调试,因为DSP芯片是通过捕获电
动机的霍尔信号来控制电动机换相,从而控制电动机的运转。经过试验可知,能够正确的捕获到电机的
霍尔信号,并且根据捕获到的霍尔信号,可以判断出应该是哪两个功率管导通,对应的两路PWM波有
效,从而控制了电动机的正常运转。
3.4　电机正反转
在PWM波和霍尔信号捕获都正确以后,编程实现了对电机的正反转的控制,结果表明电机可以正
常平稳的正反转,另外还可以通过改变PWM波的占空比来实现对电机转速的控制。
4　结论
从以上试验可以看出,设计的DSP最小系统可以正常运行,输出的PWM波形也比较稳定,电压值
也很正常,可以控制电机的正反转,也可以改变电机的转速,试验表明,系统设计的方案是可行的,可以
在此基础上,再逐步添加外围电路,实现更多的功能,以达到最优控制电动机的目的。
参考文献:
[1]　张雄伟,邹　霞.DSP芯片原理与应用[M].北京:机械工业出版社, 2005.
[2]　韩安太,刘峙飞.DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[3]　马国伟,孙汉旭.无刷直流电动机的DSP控制器设计与实现[J].北京邮电大学学报, 2005(3): 96-99.
[4]　何瑞金,吴庆彪.基于DSP的永磁方波无刷直流电动机数字控制系统[J].微计算机信息, 2003(10): 34-36.
[5]　刘　原,王晓娟.基于TMS320LF240X试验开发系统的设计[J].西安工程科技学院学报, 2004(3): 236-239.
[6]　王晓明,王　玲.电动机的DSP控制—TI公司的DSP应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.
[7]　钱建中.直流无刷电动机及其控制[J].宁波职业技术学院学报, 2004(1): 77-78.
[8]　刘玉庆,王冉冉.基于DSP的永磁无刷直流电动机起动策略[J].山东大学学报, 2004(1): 47-50.

产业用无刷直流电机 摘 要: 无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国...1 无刷直流电动机简介 无刷直流电动机的学名叫“无换向器电机”或“无整流子电机”,是一种新型的无级变速电机,它由一台...

wsdxs.cn/html/dianzijixie/20080409/19933.html

无刷直流电机及应用研究 李威震 (连云港化工高等专科学校,江苏连云港222003) 摘　要:本文对无刷直流电机的基本原理进行了论述,分析了无刷直流电机的基本结构和 转矩特性,介绍其控制原理和在伺服系统的典型应用。 关键词:无刷直流电机;逆变器;位置传感器;伺服系统

1　概述 普通直流电机在使用中有其显著特点, 优良的控制性能和调速性能一直是它受到重 用的主要原因。但是,它也存在较多的缺点: 结构复杂、换相器及电刷易损坏、维护维修困 难、体积大等。目前,无刷直流电机正在得到 越来越多的推广应用,它由电子换相器取代 了普通直流电机电刷和换相器的机械换相, 而且拥有普通直流电机的控制性能和调速性 能,没有了由于机械换相带来的诸多限制。 因此,无刷直流电机(brushless dc motor)可 以用于多种用途或用于性能要求较高的伺服 系统。 2　无刷直流电机的工作原理 无刷直流电机是由交流机构(ac ma- chine)、固态逆变器(solid-state inverter)、转 子位置传感器(rotor position sensor)等组成, 象普通直流电机一样具有线性转矩速度特 性。电机由定子和转子构成,定子上装有多 相绕组,转子是永磁式的。电机是通过转子 位置传感器控制逆变器的触发信号(firing signals )来实现同步的。逆变器响应触发信 号使电流以一定的顺序流过定子绕组。无刷 直流电机是自同步机,象普通的直流电机一 样,其气隙磁通分布波形和反电动势波形是 近似的梯形波。无刷直流电机的工作电流是 方波或类似方波的电流。位置传感器通常是 由许多位置探测器(position detectors)组成, 能检测转子磁场从而决定相开关的导通相 位。 2·1　三相半波无刷直流电机 图1是一个基本三相半波无刷直流电机 及其电子控制器电路。三相定子绕组是星形 联结的,中性点与电源的正极性端连接。晶 体管TR1,TR2,TR3流过受转子位置传感 器控制的基极驱动信号控制的单向电流。假 设电路中流过的电流较小,在晶体管关断时, 由绕组产生的感应能量不会损坏管子,电路 中没有接续流二极管。 图2是各相理想静态转矩-角度特性。 这些梯形的转矩函数有一个120度的平顶 区,产生有用的轴转矩。如果在电机的各相 中,以每120度不变正转矩的间隔,供给恒定 的电流,电机产生的稳定正转矩和轴的位置 是互相独立的。有关晶体管或相中流过的电 流也在图2中给出。每相电流导通120度的 电角度,电流幅值为I,得到电机转矩为: T=KTI　　T—转矩, KT—转矩常 数,单位Nm。 当晶体管的导通间隔向后延迟180度的

你好，我有相关论文资料（博士硕士论文、期刊论文等）可以对你提供相关帮助，需要的话请加我，761399457（QQ），谢谢。