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硕士论文-基于DSP的无刷直流电机换相控制器的研究，共80页，42432字
摘 要
无刷直流电机以半导体开关元件代替了机械换向结构，消除了传统直流电机机械换
向带来的一系列问题，并且抗干扰性能好，运行可靠，维护方便，同时还保持了直流电
机优良的调速特性。
论文首先介绍了无刷直流电机在国内外的发展情况，针对无刷直流电机的无位置传
感器技术，讨论了传统的转子位置检测方法。详细阐述了无刷直流电机的结构和组成，
并在此基础上通过分析无刷直流电机的各参数之间的关系建立了比较完善的数学方程。
针对传统无位置传感器无刷直流电机控制器研究过程中存在的一些问题，特别是微处理
器在运行时由于处理数据庞大而导致整个系统工作效率降低、实时性较差的实际情况，
提出运用数字信号处理器（DSP）与无位置传感器无刷电动机专用驱动芯片 ML4425 配合
使用的新型控制器设计方法。
该方法将无刷直流电机控制过程中的位置检测和 PWM 控制等功能由 ML4425 完成，
有效降低了数字信号处理器的工作任务，从而使数字信号处理器有足够的资源对系统运
行过程中产生的数据进行快速准确的运算处理,且有能力通过一些复杂控制算法对电机
进行更加精确、实时、高效的控制。为了达到较好的控制效果，速度环采用了基于模糊
控制的 PI 参数自调整控制方法。论文还给出了本控制系统的软硬件设计，并详细阐述
了该系统的工作原理。
最后，通过实验表明，该系统可以达到较好的调速效果。
关键词：无刷直流电机；模糊控制；ML4425；IPM；数字信号处理器
目 录
摘要 ..... Ⅰ
英文摘要 . Ⅱ
1绪论 ... 1
1.1 无刷直流电机发展概况 1
1.2 无刷直流电机的控制方式............. 2
1.2.1有位置传感器控制方式 ............ 2
1.2.2无位置传感器控制方式 ............ 3
1.2.3无位置传感器控制方式的优势 ...... 6
1.3 课题研究的背景、目的及内容......... 7
2无刷直流电动机基本工作原理及其数学模型 ............. 9
2.1 无刷直流电动机的组成 9
2.1.1无刷直流电动机本体 9
2.1.2电子换相电路 ..... 10
2.1.3位置检测电路 ..... 10
2.2 无刷直流电动机的工作原理.......... 10
2.3 无刷直流电动机的数学模型.......... 13
3控制系统设计方案 ..... 16
3.1 系统功能要求 ....... 16
3.2 总体控制方案 ....... 16
3.3 微处理器的选择 ..... 17
3.4 无位置传感器控制专用芯片 ML4425 ... 18
3.5 启动调速过程 ....... 20
3.6 PWM 脉宽调制技术.... 21
3.7 控制系统的控制方案 . 23
3.7.1模糊控制器整体结构设计 ......... 23
3.7.2模糊控制器的模糊化设计 ......... 24
3.7.3模糊控制器控制规则表的设计 ..... 25
3.7.4模糊推理输出的求解 ............. 27
3.7.5解模糊方法选择 ... 28
3.7.6模糊控制查询表的制定 ........... 28
4硬件电路设计......... 30
4.1 系统硬件总体构成 ... 30
4.2 电源系统设计 ....... 31
4.2.1控制电路电源设计 . 31
4.2.2控制电路电源参数设计 ........... 33
4.2.3主电路设计....... 33
4.3 DSP 控制系统硬件设计 34
4.3.1DSP 最小系统的构成 34
4.3.2起动电路设计 ..... 36
4.3.3电机转速控制电路 . 36
4.3.4复位电路设计 ..... 37
4.3.5系统仿真接口 ..... 37
4.3.6DSP 芯片供电设计 . 38
4.4 DSP 与 ML4425 的连接 . 38
4.5 功率驱动系统设计 ... 40
4.5.1功率开关器件的选择 ............. 40
4.5.2功率驱动电路接线 . 42
4.6 电流检测电路 ....... 44
4.7 换相控制电路 ....... 45
4.8 位置检测电路 ....... 46
4.9 反电动势换相锁相环控制............ 47
4.10 PWM 速度控制电路... 48
4.11 过欠压保护电路 .... 48
5系统软件设计......... 50
5.1 DSP 软件开发介绍.... 50
5.2 DSP 中断介绍........ 51
5.3 系统软件总体结构 ... 52
6实验结果及分析....... 56
6.1 实验条件说明 ....... 56
6.2 实验波形与结果分析 . 56
7总结与展望........... 59
参考文献 . 60
附 录 .... 60
附录 1
ML4425 各引脚功能表 ............ 62
附录 2 系统原理图....... 62
附录 3 控制系统实物图 ... 64
致 谢 .... 65