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无刷直流电机既具有直流电机运行效率高,调速性能好,无励磁损耗等优良特性,还具备交流电机结构简单,可维护性强,安全性高等诸多优点,因而广泛应用与光驱、智能机器人、电动交通工具、工业控制等诸多领域。目前,中小功率的伺服系统正逐步被无刷直流电机伺服系统所取代。
本文针对自动门控制器的控制需求,使用无刷直流电机取代传统的普通直流电机,设计了一套基于DSP的无刷直流电机伺服系统,不需要安装光电编码器既可完成自动门的控制,实现了DSP技术在无刷直流电机伺服系统中的具体应用。
首先,本文介绍了无刷直流直流电机的发展历史和研究现状,接着在分析了无刷直流电机的组成结构的基础上,根据伺服系统使用的电机结构详细说明了无刷直流电机的工作原理,建立了对应组成结构下无刷直流电机的数学模型。
其次,详细分析了无刷直流电机的控制方法,在分析了PWM控制原理、PID控制算法、电机转子位置检测原理和方法的基础上,阐述了无刷直流伺服系统的整体控制方案。
然后,根据控制方案对系统进行了硬件设计,构建了以TMS320F2812芯片为控制核心的无刷直流电机伺服系统。设计了伺服系统硬件电路,主要包括功率电路、转子位置检测电路、母线电流检测电路、电压检测电路和光耦隔离电路等,并对各部分电路功能做了详细的说明。
随后,在CCS3.3环境下利用C语言完成了无刷直流电机伺服系统的软件设计,实现了自动门的逻辑控制功能。整个控制系统软件由主程序和各级中断程序构成,其中包括-AD采样程序、捕获中断程序、定时中断调控程序等,绘制出了各个功能模块的程序流程图,并对每个部分程序进行了相应的说明。
最后,结合硬件和软件对系统进行整体调试,在MATLAB/SIMULINK环境下,建立了无刷直流电机伺服系统的仿真模型,绘制了系统速度阶跃响应曲线,通过仿真结果证明了系统的可行性,并给出了电机正常运行时的相关实验结果,说明了无刷直流电机的控制达到了预期设计要求的目标。