开题报告--无刷直流电机的控制系统

合肥师范学院本科生毕业论文（设计）开题报告

（学生用表）

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第l章主要叙述了无刷直流电机的发展趋势、无刷直流电机的控制技术、研究背景及意义。

第2章首先介绍了无刷直流电机的基本结构和工作原理，然后给出了常见的无刷直流电机的数学模型及其推导过程，在此基础上对无刷直流电机的稳态特性进行了详细分析。

第3章对本控制系统的总体结构和设计进行介绍。主要包括控制系统的整体方案，控制芯片，控制技术以及控制策略的选择。

第4章对控制系统的硬件电路进行设计，包括DSP最小系统、功率驱动电路、采样检测电路、保护电路等的设计，并对各个部分进行了详细的分析。

第5章以TI公司的CCS开发环境为开发工具，对整个控制系统的软件部分进行了设计。

第6章总结与展望，总结了本文的主要工作，展望了以后工作的研究方向。

五、可行性分析

此次研究是在指导老师的指导下搜集，查阅相关资料，确定能够通过应用DSP 芯片进行控制是最优方案，采用TI公司的TMS320F2812作为控制器。根据现在无刷直流电机的控制技术的发展水平和未来的发展趋势及可操作性进行分析，该课题能够顺利进行。

六、设计方案

6.1无刷直流电机的基本结构

无刷直流电机的设计思想来源于利用电子开关电路代替有刷直流电机的机械换向器。普通有刷直流电机由于电刷的换向作用，使得电枢磁场和主磁场的方向在电机运行的过程中始终保持相互垂直，这样能够产生最大的转矩，从而驱动电机不停地运转下去。无刷直流电机取消电刷实现了无机械接触换相，做成“倒装式直流电机"的结构，将电枢绕组和永磁磁钢分别放在定子和转子侧。无刷直流电机必须具有由控制电路、功率逆变桥和转子位置传感器共同组成的换相装置以实现电机速度和方向的控制[5]。因此，可以认为无刷直流电机是典型的机电一体化器件，其基本结构由电动机本体、驱动控制电路及转子位置传感器三部分组成，如图所示。

无刷直流电机的构成

6.2无刷直流电机的工作原理

普通直流电机的电枢在转子上，而定子产生固定不变的磁场。为了使直流电机旋转，需要通过换相器和电刷不断地改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转[6]。

无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上，而转子做成永磁体，这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即便是这样的改变仍然不够，因为直流电通入

900左右的空间角，产生转矩推动转子旋转[7]。为了详细说明无刷直流电机的工作原理，下面以三相无刷直流电机为例。

无刷直流电机原理图

6.3系统的整体方案

无刷直流电机控制系统主要包括硬件部分和软件部分。硬件部分又包括主电路、微处理器控制电路以及保护电路。软件部分主要由主程序和定时中断服务子程序组成[8]。

无刷直流电机控制系统的原理图如图所示，该系统的控制器主要负责处理电流传感器和位置传感器电路送来的反馈信号，并发送控制命令产生电机驱动波形[9]。通过捕获单元捕捉电机转子位置传感器上的脉冲信号，从而判断转子的位置，然后输出合适的驱动逻辑电平给MOSFET驱动控制芯片1R2130，再由MOSFET管驱动电机旋转。控制器捕获位置传感器的脉冲信号后，计算电机的当前转速，并且与设定的转速对比，通过控制程序控制电机的转速跟随设定的转速。控制器经A／D及电流检测电路采集电机的电流，结果经PID算法产生合适的调制信号控制电机的电流，当出现过载、低电压或者驱动时序异常等情况时，驱动保护电路则可实现故障保护[10]。

系统总体方案框图

6.4系统结构

无刷直流电机通过软件实现全数字双闭环控制，无刷电机的速度控制结构图如图所示。速度反馈量与速度给定量形成偏差，经过速度调节从而产生电流参考量，与电流反馈量的偏差经过电流调节后形成PWM占空比的控制量，从而实现对电机的速度控制。电流的反馈是通过霍尔传感器检测直流母线电流来实现的。速度反馈则是通过霍尔位置传感器输出的位置量，经过计算得到的。位置传感器输出的位置量还用于控制换相。

七. 研究进度计划

收集资料，研究本课题，并撰写开题报告2012.12-2013.1

研究课题，仿真结果 2013.2-2013.3

初稿修改2013.3-2013.4

定稿，准备答辩2013.4-2013.5

参考文献

[1]卢建强，孙培德，顾宝龙，关于旋转电机的分类及其总结，微机算机信息，2004，12：37～40

[2] 华建军.基于FPGA永磁同步电机控制器的研究[D]:[硕士论文].江苏:江南大学，2008.

[3] 吴红星，谢宗武，张强．基于DSP的电动机控制技术[M]．北京：中国电力出版社，2008.259

[4] 张洪涛．DSP在无刷直流电机控制系统中的应用：［硕士学位论文］．河北：河北工业大学电子物理系，2007

[5] 夏长亮．无刷直流电机控制系统[M]．北京：科学出版社，2009．25

[6] 廖无限，刘天磊．无刷电机驱动控制系统的研究[J]．株洲工学院学报，2005，15-19(1)：

[7]王晓明，王玲．电动机的DSP控制[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004．230～231

[8]徐光辉,程东旭,黄如.基于FPGA 的嵌入式开发与应用.电子工业出版社.

[9] Luca Mostardini,Luca Bacciarelli,Lorenzo Bertini.FPGA-based

Low-cost System for Automatic Tests on Digital Circuits[C].IEEE International Conference on Electronic, Circuit sand Systems,2007(14):911-914.

[10]蒋昊,李哲英.基于多种EDA工具的FPGA设计流程[J].微计算机信息

2007,23(32):201-203.