直流电机控制器设计

摘要

电动机作为主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域。尤其随着计算机技术和微电子技术的高速发展，电动机的控制策略也发生了深刻的变化，传统的模拟控制方法已逐渐被以微控制器为核心的数字控制方法所取代。采用微处理器，DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统得到了迅速发展。

ABSTRACT

Electromotor as the most important device which can convert the electrical en ergy into mecha nial ones , have bee n pplied in all fields of our coun try.With the rapid developme nt of computer tech inc and micro electr onics tech ni c,c on trol strategy of the electromotor have bee n profo un dly cha nged.Traditi onal an alog control has bee n replaced by digital con trol which is based on microco ntroller. With moder n technic like the microprocessor ,DSP and so on,digital control system have been developed rapidly.

第一章引言

1.1课题的背景及意义

直流电动机以其调速性能好、起动转矩大等优点，在相当长的一段时间内，在电动机调

速领域占据着很重要的位置。随着电力电子技术的发展，特别是在大功率电力电子器件问世

以后，直流电动机拖动将有逐步被交流电动机拖动所取代的趋势。但在中、小功率的场合，常采用永磁直流电动机的速度控制，只需对电枢回路进行控制，相对比较简单。而且，随着

科学技术的发展和国防现代化建设的要求，军队的武器装备正朝着高、精、尖的方向发展。

在保证可靠性的前提下，要求武器的控制精度越来越高，响应速度越来越快，环境适应性越

来越强，控制部分的体积越来越小，操作也越来越简单。在许多武器装备中，直流电动机的

应用极为广泛，因此直流电动机的控制系统就显得尤为重要。

随着计算机和微电子技术的不断发展与创新，信息化引领着时代的发展，而信息化的基础是数字化，对直流电动机控制系统进行数字化改造后与原有的模拟控制系统相比具有如下

1、数字控制系统的硬件标准化程度高，制作成本低；

2、数字控制系统不受器件温度漂移的影响，具有更强的抗干扰能力；

3、通过软件实现控制方案，可方便引入各种先进的控制规律如自适应、非线性、智能化等；

4、可用软件程序实现系统的监控保护、故障自诊断、故障自修复等多种功能，大大降低了

系统的故障率，提高了系统的可靠性；

5、数字控制系统的体积小，重量轻，功耗也大大降低；

本设计使用的主控芯片是TMS320F28035 , TMS320F28XX 系列DSP是TI公司近年来推出的面向电机数字控制的32位定点数字信号处理器，其具有高速信号处理和数字控制所必须的体系结构特点，有为电机控制应用提供较多的外围设备。另外，DSP的高速数据处

理能力，使它可以执行一些高性能的复杂控制算法，减少传感器信号采样到控制命令输出之

间的延迟，改善速度控制中的动态行为。

1.2直流电动机驱动控制器的特点

直流电动机驱动控制器能够实时检测速度反馈信号和电流反馈信号，其技术特点包括：

1、主控芯片采用电机专用DSP处理器，控制算法精确，性能优良。各种附加功能完善，进一步扩展其

他功能的能力充足。

2、综合采用各种新技术和新材料，整个电机驱动控制器体积小巧。

3、直流电动机启动平稳，对电源系统的冲激较小。

4、系统效率高，电机驱动控制器全功率输出时发热小，工作温升低。

5、系统对外干扰低，耐受干扰的能力较强。

1.3本设计的主要工作

本次毕业设计所要完成的工作如下：

1、完成对控制电路以及驱动电路的设计；

2、用DXP绘制相关电路的原理图；

3、对器件进行封装并绘制出本次设计的PCB板;

4、研究控制算法，完成软件设计；

5、撰写毕业设计论文。

第二章直流电动机的结构与工作原理

2.1直流电动机的结构

直流电动机的平面结构图如图 2.1所示。途中A B为电刷，1、2为换向片，N S为主

磁极，a、d为线圈及流过线圈的电流。

2.1 直流电动机的平面结构图

直流电动机由定子和转子两个部分组成[6]。

一、定子

定子是直流电动机的静止部分。它包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等部

件。

1、主磁极：产生主磁场，永磁电机的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成，励磁电机的主磁极则由主磁极铁芯和主磁极绕组两部分组成；

2、换向磁极：产生附加磁场，以改善换向机的换向条件，减小换向器上的火花；

3、机座：一方面作为电动机的磁路，另一方面用来在其上安装主磁极、换向磁极，同时也作为电动机的外壳；

4、端盖：在机座的两边各有一个端盖，端盖的中心处装有轴承，用来支持转子的转轴，端盖上还固定有电刷架；

5、电刷装置：通过电刷与换向器表面之间的滑动接触，把电枢绕组中的电流引入或引出。

二、转子

直流电动机的转子又称为电枢，是电动机的旋转部分。由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等部分组成。

1、电枢铁芯：由硅钢片叠压而成，其表面有许多均匀分布的槽，用来嵌放电枢绕组。其作用是提供磁路；

2、电枢绕组：由许多相同的线圈组成，按一定规律嵌放在电枢铁芯槽内，并与换向器相连。其作用是产生感应电动势和电磁转矩；

3、换向器：由许多铜制换向片组成，外形呈圆柱形，片与片之间用云母绝缘。其作用是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电动机旋转；

4、转轴：一般用合金钢锻压而成，其作用是用来传递转矩；

5、风扇：用来降低电动机在运行中的温升。

2.2直流电动机的工作原理

直流电动机的工作原理如图 2.1所示，图中N和S是一对在空间固定的永久磁铁，在

两个磁极之间装一个可以转动的圆柱铁芯，代表电动机转子，铁芯上固定线圈abed。当电

流经电源从电刷A T换向片1~线圈T另一换向片2T电刷B回到电源时，在线圈里电流流

向为C T d。由左手定则可知，此线圈将受到逆时针方向的电磁转矩的作用，当该电