基于DSP的无刷直流电机调速开题报告.doc

1、某大学本科毕业设计（论文）开 题 报 告 题 目 基于DSP的 无刷直流电机调速系统设计 指 导 教 师 * 院（系、部） 电气与控制工程学院 专 业 班 级 自动化08-7 学 号 * 姓 名 * 日 期 2012年3月4日 一、选题的目的、意义和研究现状一、目的和意义在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在农业生产，交通运输，国防航空技术，医疗卫生，商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器都大量的使用着各种各样的电动机。而随着控制智能化，仪器小型化，功耗微小化等对设备要求的日益苛刻，把单片机应用于电动机的控制也越来越成为研究的焦点。无刷直流电动机的主

2、要特点：高效率：无刷直流电动机转子上既无铜耗也无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高5%-12%。功率因子高：无刷直流电动机无需吸取激磁电流，功率因子接近1。启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他激直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节范围宽，但没有因电刷换向器引起的缺点，电子换向取代了机械换向。电动机出力高：该电动机的体积和最高工作转速相同时，较异步电动机输出功率提高30%。适应性强：电源电压偏离额定值+10%或-15%，环境温度相差40K以及负载转矩从0100%额定转矩波动时，无刷直流电动机的实际转速与设定转速的稳态偏差，不大于设定转速1%

3、。无刷直流电动机是一种自控式调速系统，它无需像普通同步电动机那样需要启动绕组；在负载突变时，不会产生振荡和失步。具有直流电动机特性、交流异步电动机的结构。 适合长期低速运转、频繁启动的场合，这是变频调速器拖动Y系列电动机不可能实现的。 二、研究现状 最近两年以前，无刷直流电动机比整流式电动机要昂贵许多。然而，设计和原材料的发展进步已经触发了无刷直流电动机价格的急剧下降。目前，这两种电动机技术之间的成本差别仅有大约10%。 无刷直流电动机具有与整流式电动机同样的马力，但是更小、更轻。由于没有有刷整流器接口，无刷直流电动机具有更低地噪声。事实上也无需维护。并且，其具有更长的使用寿命。 去除掉有刷整

4、流器接口要求的控制和驱动电子器件，由其向无刷直流电动机提供电源。此外，包含运动控制算法的微控制器可以向无刷直流电动机提供理想的性能还应该写目前无刷电机的最大/最小功率，调速性能指标 （和其他电机的调速相比），驱动器相关情况。二、研究方案及预期结果一、 研究方案比较与分析1、电机调速控制模块：方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的

5、优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。方案三：采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。2、PWM调速工作方式：方案一：双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内，单片机两控制口各输出一个控制信号，两信号高低电平相反，两信号的高电平时差决定电

6、动机的转向和转速。方案二：单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小，其电流的最大波动也比双极性工作制的小，所以采用单极性工作制。3、PWM调脉宽方式：调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。采用定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。4、PWM软件实现方式：方案一：采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这一方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个us。方案二：采用软件延时方

7、式，这一方式在精度上不及方案一，特别是在引入中断后，将有一定的误差。但是基于不占用定时器资源，且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围，故采用方案二。二、预期结果本文设计并实现了一种基于双单片机通信的无刷直流电动机控制系统。该设计方案电路简单、可靠性强、价格便宜。系统主要包括单片机控制电路、逻辑保护电路、过流保护电路、驱动电路、测速电路、转子位置检测电路等。本设计总共分成四个部分：第一部分无刷直流电动机的基本原理；第二部分无刷直流电动机的单片机控制；第三部分无刷直流电动机的多参数测量；第四部分无刷直流电动机的双单片机通信。其原理如图1所示。1.转子位置检测电路控制无刷直流电动机时

8、，必须要知道转子的位置。在本设计方案中，采用了三个光电式位置传感器。这种传感器利用光电效应，由跟随电动机转子一起旋转的遮光板和固定不动的光源及光电管等部件组成。 2.驱动电路 绝缘栅极双极型晶体管IGBT的栅极驱动电压一般为15V10%，而关断负偏置电压为56V。因此选用TLP250驱动IGBT。TLP250内部是光电耦合的，实现将控制电路与主电路隔离。当TLP250接收到一个低电平时，其输出近似为15V，可以驱动IGBT使其导通；相反，当接收到一个高电平时，输出近似为5V，使IGBT截止。六只TLP250随着输入电平变化，可以很好地控制IGBT的开断，从而实现换相。 3 保护电路 电动机起动

9、时，由于转速较低，故转子磁通切割定子绕组所产生的反电势很小，因而可能产生过大的电流I。通常要加过流保护电路，主回路中通过电动机的电流最终通过电阻Rf接地。为防止单片机系统受环境干扰或执行程序时出错，在单片机输出端加了一个逻辑保护电路。4 测速电路 如果要对直流无刷电动机的转速进行精确控制，首先要对它的转速进行精确测量。笔者利用转子位置传感器所产生的脉冲信号来反映电机的转速。将传感器输出端接到单片机，随着电机的转动，单片机不断的接收到高低电平。当单片机检测到一个下跳沿时开始启动定时器工作，直到接收到下一个相邻的下跳沿时为止。相继两个高电平之间的时间与电机的转速成正比，可以测量出电动机的转速。 5

10、 双单片机控制电路 在本设计方案中，用单片机来控制无刷直流电机的起动、换相、调速、正反转及停车。在设计中，由于程序在测量转速时，有一个等待延时时间，如果电动机转速较低，则传感器传输的两个高电平间隔较大，则必然影响到电机换向，使电机失步而停车。为避免这种情况，在设计时使用了两片89C52单片机，其中一块为主单片机，一块为从单片机。从单片机主要负责控制电动机的换相时机。当从单片机接收到转子位置检测电路的转子位置信息后，由其P1口向逻辑保护电路发出两路信号，逻辑保护电路将接收到的信号反相后传输给六只IGBT的栅极驱动电路，从而控制定子绕组的换相时机。主单片机负责测量转速，并将测到的实际转速与给定转速

11、比较，将比较结果通过串行口TXD传送到从单片机。从单片机接收到信息后，在换相时机不变的前提下，改变定子国绕组电流通电时间，从而达到调整的目的。三、研究进度第14 周 检索有关书籍、资料，完成开题报告； 第57周 学习DSP的知识，了解无刷直流电动机的原理 第89周 完成系统硬件电路的设计，绘制原理图第1013周 整个系统软件设计（汇编语言及C语言编程），调试系统 第1415周 文字录入，排版，绘图，论文整理及修改，准备答辩 四、主要参考文献1 张雄伟.DSP芯片原理与应用，北京：机械工业出版社，2005 2 牛小兵 .DSP控制器使用教程，北京：国防工业出版社，2007 3 韩志军等.单片机应用系统设计，北京：机械工业出版社，2005.1 4 何希才，姜余祥.电动机控制电路应用实例，北京：中国电力出版社，2005.1 5 张琛.直流无刷电动机原理及应用(第2版)，北京：机械工业出版社，19966 李朝青.单片机原理及接口技术（第3版），北京：北京航空航天大学出版社，2005.10五、指导教师意见指导教师签字：