直流无刷电动机控制器的硬软件设计.pptx

会计学 1 研究意义 2 目前无刷直流电机控制器采用的主芯片主要是DSP芯片，但是DSP芯片具有很多影响控制器应用的不足，而ARM系列芯片相对的可以解决这些问题。 取TI公司性能较好的DSP TM320F2809与ARM LM3S9B96进行性能比较，比较结果见表1和表2。 第1页/共23页 主要设计内容 3 详细了解直流无刷电动机的原理及控制方法； 学习并掌握直流无刷电动机控制器的设计内容； 设计直流无刷电动机控制器的控制板； 编写直流无刷电动机控制器实时控制软件； 完成直流无刷电动机控制板的制作并在开发工具系统上调试与试运行控制软件。 第2页/共23页 4 论文框架 硬件设计 系统仿真 软件设计 集成测试 第3页/共23页 硬件总体构成 5 第4页/共23页 硬件设计 6 原 理 图 设 计 PCB 图 设 计 第5页/共23页 硬件原理图设计 7 第6页/共23页 硬件原理图设计 8 第7页/共23页 硬件原理图设计 9 第8页/共23页 硬件原理图设计 10 第9页/共23页 硬件PCB图设计 11 绘制原理图 加载封装，生成网络表 规划电路板 布线 加载网络表和封装库 元器件布局 规则检查 第10页/共23页 制板完成后的控制板 12 第11页/共23页 系统仿真 13 PID控制 模糊控制 哪种方法更好？ 第12页/共23页 模糊控制规则 14 第13页/共23页 仿真结果 对PI控制和模糊控制两种控制算法下的系统进行起动、运行、突加负载、突减负载等过程的的控制效果分析比较，设定参考转速为500rpm，加速度为1000rpm/s，无负载起动时仿真结果如图所示。 系统中电机参数为：电压常数146.6077V_peak L-L / krpm；转矩常数1.4N.m / A_peak；反电动势角度120º；极对数4；转动惯量0.089kg.m2；摩擦因子0.005N.m.s；最大转速2000rpm。 15 第14页/共23页 仿真结果分析 稳定时间 超调量 稳态误差 抗干扰能力 PI控制 较长 较大 小 强 模糊控制 较短 较小 大 较弱 16 综上可知，PID控制具有比模糊控制更好的稳态性能和可靠性，但是其响应较慢，超调量也较大；模糊控制响应速度快，超调小，但是可靠性较差，控制精度不高，稳态误差大。这两种控制方法都有弊端，想要达到更好的控制效果，可以将两种控制方法结合在一起，形成模糊PID控制方法。 第15页/共23页 软件设计 17 主程序 状态机 波形更新中断 速度更新中断 主应用启动代码 第16页/共23页 转速和电流调节程序 18 主要功能：调整电机转速。 原理：调速系统采用的是转速电流双闭环控制，转速环的输出作为电流环的输入，电流环的输出控制PWM波的产生，进而控制电机转速。 第17页/共23页 集成测试 19 调试使用的电机参数为：额定电压：24V；空载转速：8000rpm；空载电流：0.11A；转矩参数：28.018mNm/A；反电动势常数：2.934mV/rpm；速度常数：340.832rpm/V；摩擦力矩：3.082mNm；电流常数：0.036A/mNm；转子惯量：0.098gcm2。 第18页/共23页 调试结果 20 第19页/共23页 结 论 通过以上结果可得出以下结论： ARM芯片LM3S9B96可以完成对电动机的转速控制工作； 硬件控制板中的以太网和JTAG接口可以正常工作； 控制板可以顺利完成控制电机加减速、刹车等主要功能； PID控制精度高但超调较大、响应速度较慢，模糊控制响应速度快、超调小但稳态误差较大，两种方法结合形成模糊PID应该可以获得更好的效果。 21 第20页/共23页 下一步工作 本设计成功的完成了控制板预期的基本功能，但是要达到更好的控制效果，还有进一步工作要做： 对模糊PID算法的控制效果进行仿真验证； 针对控制板编写对应的软件并将模糊PID算法集成到软件中； 对系统进行闭环控制； 验证有负载情况下转速的控制效果。 以上问题本人将在研究生阶段一步步的解决完善。 22 第21页/共23页 谢谢老师！ 23 第22页/共23页