电机控制论文提纲

论文题目：基于STM32的无刷直流电机控制系统研究

摘要：目前,我国地铁、轻轨等轨道车辆中的车门系统普遍采用电动塞拉门形式,并且多以无刷直流电机作为车门驱动单元。与传统直流电机相比,无刷直流电机具有体型小,扭矩大,可靠性强等特点,适用范围十分广泛。随着社会工业化、智能化、信息化等持续不断地深入发展,无刷直流电机进入快速发展时期,无刷直流电机有着广阔的研究应用前景。本文以STM32F103型芯片为控制核心,针对有位置传感器的无刷直流电机控制系统进行分析研究。主要研究内容包含无刷直流电机控制系统建模仿真、硬件电路及软件程序设计,并搭建出无刷直流电机控制系统实验测试平台,进行转速数据分析。首先对无刷直流电机构造、换相原理及运行原理进行分析研究,针对无刷直流电机微分数学方程进行推导分析,建立电机数学模型。为深入了解电机特性,并进一步分析了电机在启动、工作过程中的运动特性。在电机控制过程中,由于经典PID在非线性控制系统应用中存在缺陷,本文设计出无刷直流电机模糊PID双闭环控制系统。仿真模型结果表明:模糊PID双闭环控制算法仿真模型控制效果较好,在电机控制性能上具有明显优势。针对57BL01型无刷直流电机控制系统进行硬件电路设计,在Altium Designer软件中绘制控制系统硬件电路原理图,并印制控制系统电路板。电机控制程序采用模块化设计,针对主程序、霍尔传感器控制程序、速度控制程序等重要部分进行详细分析。在KEIL u Vision5软件中开发完成软件程序的设计与调试,完成控制系统软件程序的整体设计。在完成电机硬件和软件设计的基础上,通过示波器、测速仪等设备搭建出无刷直流电机控制系统实验平台,进行测试无刷直流电机转速性能及电机PWM和霍尔信号等波形。检测结果表明:所设计的电机模糊PID双闭环控制系统具有良好的调速效果和较高的转速控制精度,霍尔位置传感器信号及电机PWM波形与理论分析基本相符。

关键词：无刷直流电机;控制系统;模糊PID;STM32F103

学科专业：车辆工程（专业学位）

摘要

Abstract

1.绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 无刷直流电机国内外研究现状

1.2.1 转矩脉动抑制方法

1.2.2 转子位置检测技术研究

1.2.3 控制算法研究

1.3 本课题主要研究内容与章节安排

2 无刷直流电机工作原理及数学模型

2.1 无刷直流电机基本结构

2.1.1 电机结构

2.1.2 转子位置传感器

2.1.3 控制驱动电路

2.2 无刷直流电机基本原理

2.2.1 无刷直流电机工作原理

2.2.2 无刷直流电机换相原理

2.2.3 无刷直流电机运行原理

2.3 无刷直流电机数学模型

2.3.1 电压方程

2.3.2 电磁转矩方程

2.4 无刷直流电机运动特性

2.4.1 电机启动特性

2.4.2 电机工作特性

2.4.3 电机机械特性

2.4.4 电机调节特性

2.5 本章小结

3 无刷直流电机模糊控制算法与控制系统仿真

3.1 PID控制理论

3.1.1 PID控制原理

3.1.2 数字PID控制

3.2 模糊控制算法

3.3 Mamdani型模糊控制器

3.4 无刷直流电机控制系统仿真

3.4.1 无刷直流电机总体模块

3.4.2 电压逆变模块

3.4.3 速度控制模块

3.4.4 参考电流模块

3.4.5 电流滞环模块

3.4.6 无刷直流电机控制系统

3.5 仿真结果

3.5.1 控制系统静态控制仿真

3.5.2 控制系统动态控制仿真

3.5.3 控制系统仿真静态对比

3.6 本章小结

4 电机控制系统硬件电路设计

4.1 控制系统总体构成

4.2 STM32 控制芯片及外围电路

4.3 电源电路模块

4.4 驱动逆变电路

4.4.1 驱动系统

4.4.2 驱动电路

4.5 霍尔测速电路

4.6 过流欠压保护电路

4.6.1 过流检测保护电路

4.6.2 欠压保护电路

4.7 本章小结

5 电机控制系统软件设计

5.1 KEIL uVision5 简介

5.2 软件程序设计

5.2.1 开机程序结构设计

5.2.2 主程序结构设计

5.2.3 电机换相程序

5.2.4 转速控制程序

5.2.5 速度计算程序

5.3 本章小结

6 无刷直流电机控制系统试验

6.1 控制系统试验平台

6.2 控制系统数据及结果

6.3 本章小结

总结

致谢

参考文献