基于stm32的直流无刷电动机调速系统设计开题报告.pdf

.毕业设计开题报告 题 目：基于STM32 的直流无刷电动机调速系统设计 学 院：学生：学 号：指导教师：完成时间：.一、毕业设计主要容、研究意义及预期目标：课题设计主要容：以嵌入式 MCU 为控制器，利用电力电子变换技术设计控制无刷直流电动机,设计完成直流无刷控制系统，实现电动机的速度连续可调，并对电机的速度进行测量，随着负载的改变，电机的速度要能跟随控制的要求可调。研究意义：在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在农业生产，交通运输，国防航空技术，医疗卫生，商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器都大量的使用着各种各样的电动机。而随着控制智能化，仪器小型化，功耗微小化等对设备要求的日益苛刻，把单片机特别是高速的嵌入式处理器应用于电动机的控制也越来越成为研究的焦点。无刷直流电动机的主要特点：高效率：无刷直流电动机转子上既无铜耗也无铁耗，其效率比同容量异步电动机提高 5%-12%。功率因子高：无刷直流电动机无需吸取激磁电流，功率因子接近 1。启动转矩大，启动电流小：无刷直流电动机的机械特性和调节特性与他激直流电动机枢控时相应特性类似，所以它的启动转矩大，启动电流小，调节围宽，但没有因电刷换向器引起的缺点，电子换向取代了机械换向。电动机出力高：该电动机的体积和最高工作转速相同时，较异步电动机输出功率提高 30%。适应性强：电源电压偏离额定值+10%或-15%，环境温度相差 40K 以及负载转矩从 0100%额定转矩波动时，无刷直流电动机的实际转速与设定转速的稳态偏差，不大于设定转速1%。总之，无刷直流电动机本身固有的优势，必将使之应用于社会生产的各个领域，以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。因此，本论文通过对直流无刷控制系统的研究，对于直流无刷电机的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。预期目标：设计完成一款基于 STM32 嵌入式处理器的无刷直流电动机控制器。系统主要包括 .电源电路、CPU 控制电路、保护电路、驱动电路、测速电路、转子位置检测电路等。经过系统硬件设计，软件设计，最终完成软硬件联合调试，使系统稳定运行。二、拟采用的技术路线、研究方法及步骤：技术路线：1.控制系统各元器件对比选型。主要是进行 MCU 的选型，信号处理电路的器件选型，驱动隔离电路的选型，驱动电路的选型，电源电路的设计选型，保护电路的设计选型。2.控制系统硬件电路设计。STM32主控位置传感器模块光耦隔离电路复位、晶振电路电源电路调试电路驱动电路电动机 图 1 系统硬件图 STM32 通过接受给定速度控制信号计算 PWM 占空比。功率驱动模块包括三相桥式逆变电路，并通过 STM32 芯片给出的 PWM 信号驱动无刷直流电机转动，位置传感器无刷直流电机的位置信号经过反馈给 STM32，控制信号计算 PWM 占空比，完成速度闭环，构成完整的闭环的系统。3.控制系统软件电路设计。本系统的程序均采用 C 语言编写，采用 keil 公司出品的开发环境 MDK，编写各部分软件程序，调试，完成软件的编写。.4.系统软硬件测试调试。软件编写完成后，下载到硬件电路上进行调试，对各个参数进行优化，找到最适合的参数，制成一款无刷电机控制器，完成本设计的设计任务。研究方法：1、调查研究，查阅资料，找到各种不同的控制方案，找出最适合本设计的方案。2、实验室硬件调试，画出电路图后，通过各元件的优化测试，确定硬件方案。3、软件平台设计，通过电路设计软件，把设计思想转化为实物。步骤：1.先对变频器的特点和使用技术进行了解和掌握，选取合适本设计的变频器；2.进行主控模块电路的设计，然后再进行连接部分电路，3.主控芯片编程并调试，实现控制功能 4.整体联调，并完成整个项目的设计，达到预期功能和目的。三、毕业设计进度计划：起止时间：2015 年 10 月 25 日至 2016 年 5 月 30 日 2015.10.25-2015.11.6 检索有关书籍、资料，完成开题报告；2015.11.6-2016.1.11 学习 STM32 相关知识，了解无刷直流电动机的原理 2016.1.12-2016.2.25 完成系统硬件电路的设计，绘制原理图 2016.2.25-2016.4.10 整个系统软件设计（汇编语言及 C 语言编程），调试系统 2016.4.11-2016.4.30 文字录入，排版，绘图，论文整理及修改，论文初稿完成。2016.5.1-2016.5.25 论文答辩准备。论文答辩：2016 年 5 月 30 日之前 .四、所需条件及落实措施：1.理论基础：常用无刷直流电机的逆变器采用三相桥式主回电路的控制方式一般有 2 种：二二 导通模式和三三导通模式，根据图 2 换相时序图可知，这两种工作方式，一个周期 都存在 6 种导通状态，以 60电角度为间隔改变。由于两种导通模式相比较，二二导通较三三导通方式电磁转矩更大，稳定性更好，而且结合本文的反电动势检测法，使控制更为简单。所以本系统设计采用的是传统的二二导通模式，即任意时刻都有而且只有 2 只开关管导通。可以推出功率管的导通顺序依次是：T6、T1-T1、T2-T2、T3-T3、T4-T4、T5-T5、T6。每个功率管导通 120电角度，之间间隔 60电角度，并处于关断状态，可以很好的避免死区的产生而发生主回路直通短路，此种工作方式称为两相导通星型三相 6 状态方式。由此可见逆变器功率管的换相时刻精准确定就成为了调速控制的重中之重。图 2 直流无刷电动机的工作原理 2.设备和器材：示波器、万用表、电烙铁、焊锡丝、螺丝刀、直流无刷电动机、导线若干、电子元 .器件若干。3.所需软件：软件有两种 Keil uVision4 MDK 作为软件编写的工具软件，另一种为 protel 99se 是一款电路板设计软件。4 落实措施：（1）设备可以找实验室借用或者购买，工具软件从网络中下载安装或者在实验室中 进行设计。元器件从网上购买。（2）广泛查阅文献资料，阅读相关书籍，确定选题；（3）深入浅出，遇到难题应该向老师或者专业人员进行请教；（4）理清思路，明确围和框架、注意重点和难点的突破技术攻关。（5）设计原理图，画 PCB 图，制作成电路板，写作、修改、定稿，完成毕业设计。想要设计硬件实物和文章，请淘宝搜索店铺“向日葵电子工作室”或打开https:/shop69798265.taobao./?spm=a230r.7195193.1997079397.55.lDEozx 五、参考文献：1 崇坚.大功率交流电机变频调速技术的研究.电力电子.2010/01 2 强.无位置传感器无刷直流电动机运行理论和控制系统研究 D.:东京大学.2005:25-29 3 叶贤森,敬彪,于海滨.基于 STM32F103 的深海远程电机控制系统.电子器件,2010:32-47 4 宁,基于 MDK 的 STM32 处理器开发应用M.:航空航天大学.2008:57-74 5 卢静,非凡,高飞等.基于单片机的无刷直流电动机控制系统设计.机械工业学院学报.2002:32-47 6 王勇,吕征宇.端电压比较法直接寻找无刷直流电机换相点及其战波调速J.微特电机.2003:74-83 7 建新,吕晓春,杜军红.无传感器无刷直流电机三段式起动技术的深入分析J,微特电 .机.1998:46-75 8 金来专.基于 STM32 微控制器的交流电机变频调速试验系统.学院学报 2009/06 指导教师意见：指导教师签名：年 月 日 毕业设计领导小组意见：组长签名：年 月 日