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基于单片机PIC18F2431的无刷直流电动机控制系统.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.47M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    分类号 密级 华中农业大学硕士学位论文 基于单片机P l C1 8F2431的无刷直流电动机控制系统 Brushless DC Motor Control System Base on the PICl8F243 1 Microcontroller 研 究 生： 尹作菲 指导教师： 郑相周副教授 专业：农业机械化工程 研究方向：机电一体化技术 获得学位名称：工学硕士 获得学位时间：2009年6月23日 华中农业大学工程技术学院 二oo九年六月
    华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文 是否保密 义 Z、 如需保密，解密时间 如，，年衫月t o日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研牲鲐罗影7I可 帆矽7年多月” 学位论文使用授权书 学位论文作者签名：罗弓≯邓导师签名：一 签名日期．沙7年乡月c 7日 签名日期．≥∞S年6月f／日 注：请将本表商接装订在学位论文的扉页和目录之间
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    目录 目 录 ll Ifll Ilfl i fIII Irl fllf llfll l Y1 9941 49 摘要……………………………………………………………………………………………………………………．．i ABSTRA(了r…………………………………………………………………………………………………………ii 第1章绪论………………………………………………………………………………1 1．1本课题的目的及研究意义…………………………………………………………1 1．1．1无刷直流电动机的发展………………………………………………………1 1．1．2无刷直流电动机的应用………………………………………………………。2 1．2国内外无刷直流电动机及其驱动控制技术的研究动态…………………………3 1．2．1无刷直流电动机研究现状……………………………………………………3 1．2．2无刷直流电动机驱动控制技术的研究现状…………………………………4 1．3本课题主要研究内容………………………………………………………………4 第2章无刷直流电动机的控制基础……………………………………………………6 2．1无刷直流电动机的结构……………………………………………………………．6 2．2无刷直流电动机的工作原理………………………………………………………8 2．3无刷直流电动机的数学模型………………………………………………………9 2．4转子位置传感器……………………………………………………………………11 2．4．1转子位置传感器的作用………………………………………………………．11 2．4．2霍尔位置传感器在无刷直流电动机中的应用………………………………11 2．5无刷直流电动机电枢绕组的连接方式和电子换向……………………………．12 2．5．1无刷直流电动机电枢绕组的连接方式……………………………………。12 2．5．2无刷直流电动机电枢绕组的电子换向………………………………………13 2．6无刷直流电动机的调速技术……………………………………………………．．15 2．6．1无刷直流电动机的调速原理…………………………………………………15 2．6．2无刷直流电动机电枢电压的调节方法………………………………………15 2．7本章小结…………………………………………………………………………．16 第3章无刷直流电动机控制系统的控制方案与硬件设计…………………………．17 3．1无刷直流电动机控制系统的控制方案…………………………………………．17 3．2无刷直流电动机控制系统的硬件原理框图……………………………………．18 3．3无刷直流电动机的控制芯片…………………………………．．．………………。18 3．3．1控制芯片的选择………………………………………………………………18 3．3．2 PICl8F2431单片机的功能特性………………………………………………19 3．3．3 PICl8F2431单片机的外围电路………………………………………………20 3．4控制部分硬件电路设计……………………………………………………………21 3．4．1转子位置反馈电路…………………………………………………………。21 3．4．2速度给定电路………………………………………………………………。23 3．4．3速度检测环节…………………………………………………………………24 3．4．4电流检测电路…………………………………………………………………24 3．5驱动部分硬件电路设计…………………………………………………………．．25 3．5．1功率晶体管驱动电路…………………………………………………………26 3．5．2三相桥式逆变电路…………………………………………………………．．29
    华中农业人学硕上学位论文 3．5．3光耦隔离电路…………………………………………………………………30 3．6电源部分硬件电路设计…………………………………………………………。32 3．7本章小结……………………………………………………………………………33 第4章无刷直流电动机控制系统的软件设计…………………………………………34 4．1 PIC单片机系统软件开发工具……………………………………………………．34 4．2主程序设计…………………………………………………………………………．36 4．3子程序设计………………………………………………………………………．．37 4．3．1初始化模块程序设计…………………………………………………………37 4．3．2功率控制PWM模块程序设计………………………………………………。39 4．3．3运动反馈模块程序设计………………………………………………………4l 4．3．4刖D采样模块程序设计………………………………………………………42 4．3．5 PID算法计算模块程序设计…………………………………………………。43 4．4本章小结……………………………………………………………………………46 第5章系统调试与运行分析……………………………………………………………47 5．1系统调试……………………………………………………………………………．．47 5．2系统运行分析………………………………………………………………………48 5．3本章小结……………………………………………………………………………50 第6章总结与展望…………………………………………………………………………51 参考文献……………………………………………………………………………………52 jli[谢……………………………………………………………………………………………………………………!；5 附j畏……………………………………………………………………………………………………………………56 Ⅱ
    摘要 摘要 无刷直流电动机(BLDCM)既具有传统直流电动机的调节特性好，堵转转矩大 等优点，又由于采用电子换向器，从而克服了机械换向带来的一系列问题，使无刷 直流电动机成为当前电动机控制领域的热门课题。 论文介绍了基于PICl8F2431单片机的有位置传感器无刷直流电动机(BLDCM) 驱动控制系统的硬件设计和软件设计。本系统采用PICl8F2431单片机作为控制芯 片，在本系统硬件设计方面，设计了控制芯片的外围电路、控制部分硬件电路和驱 动部分硬件电路。控制部分硬件电路包括转子位置反馈电路、速度给定电路、速度 检测环节和电流检测电路，驱动部分硬件电路包括功率晶体管驱动电路、三相桥式 逆变电路和光耦隔离电路。采用霍尔传感器作为无刷直流电动机的位置传感器，单 片机根据位置传感器的信号使能PWM信号输出，驱动功率晶体管导通，从而控制 无刷直流电动机转动。 在系统软件设计方面，采用C语言编写程序，整个控制系统软件由初始化模块 程序、功率控制PWM模块程序、运动反馈模块程序、A／D采样模块程序和PID算 法计算模块程序组成。它们完成芯片初始化、变量的初始化、PWM产生、转子位置 检测、A／D采样、数字PID控制等功能。 所设计的无刷直流电动机控制系统控制结构简单、运行性能良好、调试方便。 本系统采用速度电流双闭环控制结构，特别是利用电机位置传感器实现速度反 馈，简化系统结构，具有一定的创新性。 关键词：无刷直流电动机；PIC单片机；PWM；数字PID算法
    华中农业大学硕十学位论文 ABSTRACT Not only brushless DC(BLDCM)motor has the advantages of the traditional DC motor such as the good regulation characteristics and large locked-rotor torque，but also it overcomes a range of issues which are brought about by the mechanical commutation by using of electronic commutator．All above make the brushless DC motor becomes one of current topics in the motor control areas． This paper introduces the hardware design and software design of brushless DC motor drive control system with the position sensor which is based on the PICl8F2431 MCU．The system uses MCU PICl8F2431 as the control chip．In the system hardware design，designs the external circuit of MCU，the hardware circuit of control part and the hardware circuit of drive part．The hardware circuit of control part including the rotor position feedback circuit，the speed of a given circuit，speed detection link and current detection circuit，the hardware circuit of drive part including power transistor drive circuit， three-phase bridge inverter circuit and isolation optocoupler circuit．Hall sensor used as a bmshless DC motor position sensor,MCU according to the position sensor signals Can be output PWM signal．drives power缸ansistor turn-on，SO as to control rotation of the brushless DC motoL In the system software design，system used C language to program，and the whole control system’S software is composed of initialization module procedures，power control PWM module procedures，motion feedback module procedures，A／D sampling module procedures and PID algorithin calculation module procedures．They complete the functions of chip initialization，variables initialization，PWM generation，rotor position detection，A／D sampling，and digital PID contr01． The design of brushless DC motor drive control system simple structure，good performance and facilitate debugging． The system uses the speed and current double closed-loop control structure，in particular the use of motor position sensor to achieve the speed of feedback，simplifies the system structure，has a certain innovative． Key words：BLDCM，PIC MCU，PWM，Digital PID algorithm
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