基于TMS320F2407的无刷伺服直流电机控制系统设计与仿真.docx

基于TMS320F2407的无刷伺服直流电机控制系统设计与仿真

内容摘要

随着社会发展，办公自动化和生产现代化等关键设备都慢慢走向高智能化、小型化和高效率化，无刷直流电机作为执行元件的重要部分，需要具有效率高、速度快和精度高等优点，而使其得到了更为广泛的应用。

本设计首先介绍了直流无刷电机的国内外发展现状；然后研究了直流无刷电机的基本运行原理；之后基于TMS320F2407型数字信号处理器（DSP）设计了系统硬件电路，并在此基础上进行了系统软件设计；最后利用MATLAB搭建仿真模型，仿真结果验证了直流无刷电机控制系统的正确性。

关键词：无刷伺服直流电机；DSP；MATLAB

目录

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内容摘要 1

1绪论 4

1.1课题的背景及意义 4

1.2国内外发展现状 4

1.2.1国外无刷直流电机应用发展现状 5

1.2.2国内无刷直流电机应用发展现状 6

1.3本文的主要内容 6

2系统控制方案总体设计 6

2.1设计要求 7

2.2控制系统总体设计 9

2.3无刷直流电机的控制算法研究 10

2.3.1无刷直流电机数学模型 10

2.3.2电磁转矩模型 12

2.3.3传递函数模型 13

3控制系统硬件设计 13

3.1控制器件的选择 14

3.2各部分硬件电路设计 14

3.2.1单片机或者DSP最小系统设计 14

3.2.2驱动电路设计 16

3.2.3检测电路设计 17

4控制系统软件设计 20

4.1系统控制总体流程图 20

4.1.1主程序流程图设计 20

4.1.2中断程序流程图设计 21

4.2各模块软件设计 22

4.2.1双闭环控制的中断程序设计 22

4.2.2保护程序设计 23

4.3MATLAB仿真验证 24

5结论 26

1绪论

1.1课题的背景及意义

直流无刷电机是一种新型电机，由于它结合机电一体化，因此有高动态响应、高热容量、高效率和高可靠性等等诸多优势，而且长寿命、低噪声和低成本等方面也是其它的优势。从现阶段来看，随着不断地有新材料技术的出现，直流无刷电机的发展也因此获得了良好的契机。目前无刷电机的各方面的应用已经遍布各种各样的领域，办公自动化和工厂自动化等方面就比较的需要小功率直流无刷电机，例如家用电器或者是外设复印机等等。所以说，无刷电机目前正在快速地取代传统电机的地位[1]。

直流无刷电机集特种电机、变速结构、检测元件、控制软件与硬件于一体，形成新一代伺服系统，体现了当今应用科学的许多最新成果，是机电一体化的高新技术产品。直流无刷电机集交流电机和直流电机优点于一体，它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的特点，同时无励磁损耗。在电磁结构上和有刷直流电动机一样，不过无刷直流电动机的电枢绕组是处在定子上的，永久磁钢安装在转子上，采用多相形式的电枢绕组，在通过逆变器之后，然后连接到直流电源上面，定子方面利用了电子换向来替换传统电机的电刷和换向器，在各绕组依次通电后，跳跃式的旋转磁场会气隙中生成，同时与转子的主磁场相互作用，因此产生电磁转矩，和其它电机相比，直流无刷电机具有高可靠性和高效率等优势，由于现阶段，随着具体性能的提高与价格的下降等优势的新型稀土永磁材料不断出现，这给永磁直流无刷电机在成本方面带来了下降，因此其优势将会越发凸显。在一些发达的国家里，无刷直流电机逐步替代了有刷直流电机的地位而应用于工业自动化领域。现阶段，很少见到一些国外买进来的设备中会有以有刷直流电机作为执行系统的情况了，比如说美国、日本等的相关公司已经不再会去大幅度地生产有刷直流电动机[2]。

由上可知，相对于其它类型电动机来说，无刷直流电机还是一种新型电机，它的驱动、控制更是和电子技术息息相关，因此，对直流无刷电机本体及其控制方法进行系统、深入的研究有着十分重要的现实意义。

1.2国内外发展现状

在工农业生产的各个领域中，作为最早的电动机有刷直流电动机得到了广泛的应用，它凭借着优良的调速性能，在应用调速理念的领域发挥了重要作用，可是有一个原因限制了它进一步的发展，那就是机械换相装置的存在。它的机械电刷和换向器由于始终不断地要进行强迫性接触，这将会带来可靠性差、火花、噪声等各种各样的棘手问题，会直接影响他的性能和调速的精度。随着科学技术的不断发展与创新，半导体技术、开关型晶体管的研发成功这些都给新型的无刷直流电动机的创造带来