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无刷直流电机(Brushless DC Motor,BLDCM)是随着电力电子技术的不断成熟而发展起来的一种新型的电机。由于采用了电子换向装置,它克服了有刷直流电机的机械换向所带来的电火花等一系列的缺点。同时无刷直流电机具有良好的调速性能,运行效率较高,这些突出的优点使得无刷直流电机广泛的应用于国民经济的各个行业中。随着计算机技术的不断发展和现代控制理论内涵的不断丰富,无刷直流电机控制系统已呈多样化发展,并已应用于实践之中。加上各种新型永磁材料的发现和利用,加速了无刷直流电机的机型多样化发展。因此,无刷直流电机具有很广阔的应用前景。
本文以一台功率为3kw、额定电压为200V和额定转速为1500r/min且工作在两相导通三相六状态星型接法下的无刷直流电机为对象展开研究工作,设计出适用于它的一套监控系统。全文共分为六个部分。第一部分介绍了选课的背景和意义、无刷直流电机的应用情况和发展趋势、无刷直流电机监控系统的研究现状和全文的研究内容和组织结构。第二部分先阐述了无刷直流电机的基本工作原理;然后推导出无刷直流电机的微分方程数学模型。第三部分介绍了无刷直流电机监控系统承担的任务,并从下位控制部分和上位控制部分两方面提出了无刷直流电机监控系统的总体设计方案。第四部分先分析了无刷直流电机传统的双闭环控制方式的调速原理以及它的一些缺点并提出了改进的控制算法;然后将改进的控制算法运用到无刷直流电机监控系统的下位控制部分的设计中,并对无刷直流电机监控系统的下位控制部分在MATLAB/SIMULINK下进行建模仿真,通过仿真结果分析对改进的控制算法的可行性和无刷直流电机监控系统的下位控制部分设计的合理性提供论证。第五部分详细介绍了无刷直流电机监控系统的上位控制部分的实现过程。首先拟定上位机与下位控制器之间的通讯协议;接着详细介绍串口通讯驱动程序的实现过程;最后介绍了上位机监控软件界面的实现过程并对软件的主要功能进行测试。第六部分对全文进行了总结和展望。
本文在无刷直流电机监控系统的下位控制部分的设计中运用的控制算法为改进后的双闭环控制算法,该控制算法成功的消除了无刷直流电机运行时的转速波动现象;在无刷直流电机监控系统的上位控制部分的设计中开发的上位机监控软件功能强大,界面友好,并且具有良好的扩展功能,实用性较强,在开发过程中使用的相关软件处理技术也具有一定的借鉴价值。