直流无刷电动机控制系统设计答辩PPT.ppt

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1、直流无刷电动机控制系统设计直流无刷电动机控制系统设计xxxxxxxxxxxx论文内容论文内容研究背景研究背景论文内容论文内容总结总结123研究背景研究背景 电动机作为机电能量转换装置，其应用范围电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已经遍及国民经济的各个领域，其中直流电动机已经遍及国民经济的各个领域，其中直流电动机具有良好的起动性能和宽广平滑的调速特性，其具有良好的起动性能和宽广平滑的调速特性，其运行效率高，因而被广泛应用于需要经常起动并运行效率高，因而被广泛应用于需要经常起动并调速的场合中调速的场合中。但传统的直流电动机的换向是靠换向器和电但传统的直流电动机的换向是靠换向器和电刷进行换流，在

2、频繁的运转过程中，由于换向器刷进行换流，在频繁的运转过程中，由于换向器和电刷的摩擦，一方面消耗电刷，使我们不得不和电刷的摩擦，一方面消耗电刷，使我们不得不定期检查和更换电刷，耗时耗力，寿命短；另一定期检查和更换电刷，耗时耗力，寿命短；另一方面又产生电火花、电磁干扰，影响附近的电气方面又产生电火花、电磁干扰，影响附近的电气设备设备。因此出现了直流无刷电动机因此出现了直流无刷电动机。返回研究背景研究背景发展状况展状况1、用整流管代替机械、用整流管代替机械电刷刷2、用晶体管、用晶体管换向向线路代替机械路代替机械电刷刷 3 3、稀土材料的、稀土材料的发展展 4 4、电力半力半导体器件体器件飞速速发展，

3、如展，如GTRGTR、GTOGTO、MOSFETMOSFET、IGBTIGBT等等 返回研究背景研究背景u国内外国内外现状状：国国际 1、采用智能功率模、采用智能功率模块作作为电机的机的驱动 2、研制更加适合于无刷、研制更加适合于无刷电动机控制的微机控制的微处理器，如理器，如DSP 3、采用、采用现代控制理代控制理论和智能控制策略和智能控制策略国内国内 起步晚，主要在科研起步晚，主要在科研单位位返回论文内容论文内容 本文以直流无刷电动机为控制对象，提出基于本文以直流无刷电动机为控制对象，提出基于PIC16F877A单片机的直流无刷电动机调速系统单片机的直流无刷电动机调速系统的设计方案。的设计方

4、案。本文研究的主要内容是本文研究的主要内容是：1、总结了无刷直流电动机的基本结构和工作原、总结了无刷直流电动机的基本结构和工作原理理 2、设计出直流无刷电动机控制系统的硬件接口设计出直流无刷电动机控制系统的硬件接口电路电路 3 3、设计出控制系统的软件程序设计出控制系统的软件程序 返回论文内容论文内容u一、一、直流无刷直流无刷电动机机u二、直流无刷二、直流无刷电动机控制策略机控制策略u三、控制系三、控制系统硬件接口硬件接口电路路设计u四、控制系四、控制系统软件件设计返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机u电动机机返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机

5、u直流无刷直流无刷电动机基本机基本结构构图 定子：定子：电枢枢绕组 转子：永磁子：永磁钢返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机返回直流无刷电动机内部结构图直流无刷电动机内部结构图一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机u直流无刷直流无刷电动机机结构构其主要其主要组成部分包括：成部分包括：电动机本体机本体 转子位置子位置传感器感器 开关开关电路路返回 直流无刷电动机原理框图直流无刷电动机原理框图一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机u三相星形三相星形连接全控接全控桥式式电路路返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机u 在三相无刷直流在三相无刷直流电动机全控式机全控式电路的运路的运行方式中，行方式中，

6、导通方式有很多种，最常通方式有很多种，最常见的有两两的有两两导通方式和三三通方式和三三导通方式。通方式。u本文采用两两本文采用两两导通方式，其中通方式，其中VF1、VF2、VF3、VF4、VF5、VF6为六只六只MOSFET功率管，其功率管，其绕组的开关作用所的开关作用所谓两两两两导通方式是指每一个瞬通方式是指每一个瞬间有两个有两个功率管功率管导通，每隔通，每隔1/6周期（周期（60电角度）角度）换相一次，每一次相一次，每一次换相一个功率管，每相一个功率管，每一个功率管一个功率管导通通120电角度。角度。返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机u定子旋转示意图定子旋转示意图 返回 定子磁场旋转

7、示意图定子磁场旋转示意图一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机uY联结绕组两两通两两通电时的合成的合成转矩矢量矩矢量图 返回一、直流无刷电动机一、直流无刷电动机u全控形全控形输出出电压波形波形返回二、直流无刷电动机控制策略二、直流无刷电动机控制策略u直流无刷直流无刷电机控制技机控制技术的的发展展 1、无位置、无位置传感器控制感器控制 2、变结构控制构控制 3、模糊控制和、模糊控制和PID相相结合的合的Fuzzy-PID控制控制 4、神、神经网网络和模糊控制相和模糊控制相结合的复合控合的复合控制制 返回二、直流无刷电动机控制策略二、直流无刷电动机控制策略u直流直流电动机机转速速n的表达式的表达式为

8、u调速方法速方法1、调节电枢供枢供电电压U 2、改、改变电机的主磁通机的主磁通 3、改、改变电枢回路枢回路电阻阻R 返回二、直流无刷电动机控制策略二、直流无刷电动机控制策略u 脉脉宽调制（制（PWM）PWM控制技控制技术，它是通，它是通过对输出出电压或或输出出电流的一系列脉冲的流的一系列脉冲的宽度度进行行调制，制，来来获得所需得所需电压或或电流的大小和形状的流的大小和形状的一一项技技术。对此控制系此控制系统而言，脉而言，脉宽调制是制是调整脉冲整脉冲的的宽度而不是度而不是频率，是通率，是通过改改变电机机电枢枢电压接通接通时间和通和通电周期的比周期的比值（即（即占空比占空比)来控制来控制电机速度。

9、机速度。返回二、直流无刷电动机控制策略二、直流无刷电动机控制策略u模模拟电路及分离式元件路及分离式元件组成的成的电路路其控制其控制电路复路复杂，且存在零点漂移，且存在零点漂移现象，象，稳定性不定性不强u数字控制方式数字控制方式 1、单片机片机 2、DSP 3、高性能、高性能专用集成芯片用集成芯片 返回二、直流无刷电动机控制策略二、直流无刷电动机控制策略u直流无刷直流无刷电动机速控制器系机速控制器系统结构构图 返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计 uPIC16F877A引脚引脚图返回 PIC16F877A有有33根根I/O引脚，这引脚，这33个个I/O引脚均可作为普通引脚

10、均可作为普通的输入的输入/输出引脚使用，输出引脚使用，大部分大部分I/O引脚还有引脚还有2个以上的功能。个以上的功能。有有A、B、C、D、E共共5个端口，其中个端口，其中A端端口有口有6个脚，个脚，B、C、D端口各有端口各有8个引脚，个引脚，E端口有端口有3个引脚个引脚 三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计uPIC16F877A芯片介芯片介绍3个定个定时器，器，2个个8位，位，1个个16位位 2个个CCP模模块，即捕捉、比，即捕捉、比较、脉、脉宽调制模制模块 8路路10位位A/D转换器器 看看门狗狗电路（路（WDT）1个同步串行接口，个同步串行接口，SPI与与I2C2个模个

11、模拟电压比比较器器1个参考个参考电压发生器等生器等 返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计u控制系控制系统主主电路路返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计u单片机外片机外围电路路单片机外围电路单片机外围电路返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计u指示指示电路路返回当发生故障当发生故障时，三极管导时，三极管导通，起指示作通，起指示作用的的发光二用的的发光二极管亮极管亮三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计uIR2130简介介 IR2130是国是国际整流器公司最新推出的高整流器公司最新推出的高压集成集成驱动器，具有

12、六路器，具有六路输入信号和六入信号和六路路输出信号，其中六路出信号，其中六路输出信号中的三出信号中的三路具有路具有电平平转换功能功能,因而它既能因而它既能驱动桥式式电路中低路中低压侧的功率器件的功率器件,又能又能驱动高高压侧的功率元件。的功率元件。该驱动器可工地运行，器可工地运行，只需一路只需一路电源。源。返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计uIR2130介介绍 VCCVCC为输入电源为输入电源HIN1HIN1、HIN2HIN2、HIN3HIN3、LIN1LIN1、LN2LN2、LIN3LIN3为输入端为输入端FAULT FAULT 为故障输出端为故障输出端ITRIPI

13、TRIP为电流比较器输入端为电流比较器输入端CAO CAO 为电流放大器输出端为电流放大器输出端CA-CA-为电流放大器反向输入端为电流放大器反向输入端返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电路设计uIR2130简介介VSSVSS为电源地为电源地VS0VS0为驱动地为驱动地 LO1LO1、LO2LO2、LO3LO3为三路低侧输出为三路低侧输出VB1VB1、VB2VB2、VB3VB3为三路高侧电源为三路高侧电源端端HO1HO1、VS1VS1、HO2HO2、VS2VS2、HO3HO3、VS3VS3为三路高侧输出端为三路高侧输出端 返回三、控制系统硬件接口电路设计三、控制系统硬件接口电

14、路设计uIR2130驱动电路路图返回四、控制系统软件设计四、控制系统软件设计u本本设计是是应用用PIC单片机片机实现的，主要的，主要功能是功能是对电动机机进行行调速、制速、制动及欠及欠电压保保护。u该系系统由系由系统初始化模初始化模块、高、高优先先级和和低低优先先级中断服中断服务程模程模块组成。程序初成。程序初始化模始化模块(包括包括变量初始化模量初始化模块、中断初、中断初始化模始化模块、PWM初始化模初始化模块、A/D初始初始化模化模块)，A/D采采样子程序子程序,延延时子程序等子程序等。返回四、控制系统软件设计四、控制系统软件设计u主程序流程主程序流程图返回四、控制系统软件设计四、控制系统

15、软件设计u中断服中断服务流程流程图返回四、控制系统软件设计四、控制系统软件设计uB口口电平平变化中断服化中断服务程序流程程序流程图 返回四、控制系统软件设计四、控制系统软件设计返回制制动动处处理理子子程程序序流流程程图图四、控制系统软件设计四、控制系统软件设计欠欠电电压压处处理理子子程程序序返回总结总结u本本课题研究的重点是研究的重点是对整个控制系整个控制系统的的硬件的硬件的设计和和软件的件的编写。写。u硬件部分重点在于控制模硬件部分重点在于控制模块的的设计，这是整个硬件部分最核心部分。控制模是整个硬件部分最核心部分。控制模块是基于是基于PIC16F877A单片机，通片机，通过高性能高性能六六输出出MOS栅极极驱动器器IR2130而而设计的。的。返回总结总结u本文主要做了以下工作本文主要做了以下工作:u1、分析了无刷直流、分析了无刷直流电动机的机的结构及基本构及基本工作原理；工作原理；u2、设计了系了系统以以PIC16F877A单片机片机为核心的硬件核心的硬件电路，并路，并实现了系了系统的可靠的可靠性保性保护；u3、设计以以IR2130为主的主的驱动电路；路；u4、完成了基于、完成了基于PIC16F877A的的软件件设计。返回感谢各位老师观看