基于STM32的直流无刷电机控制器设计

基于STM32的直流无刷电机控制器设计(任务书,开题报告,论文13200字)
摘要
近年来，随着科技技术和控制理论的发展，电机控制应用逐步成为人们关注的热门方向。无刷直流电机既继承了直流电机良好的调速性能，能够在重负载的情况下，实现均匀、平滑的无级调速，又避免了传统的有刷直流电机进行电刷摩擦换向所导致的电机接触不良、不发电等一系列问题,因此越来越受到人们的关注。
首先，在通过对相关资料的了解以后，本文介绍了无刷直流电机的研究背景和发展趋势，同时阐述了无刷直流电机的结构和工作原理，以及调速方法等。
随后，考虑到常用的DSP微处理器的功能虽然强大，但是其控制系统成本过高，而 ARM 具有高性能、廉价的特点，所以采用以STM32为核心的PID控制系统设计。根据设计要求，设计的硬件电路主要包括了以STM32芯片为核心的驱动电路、电源电路和采样电路等。软件方面主要包括主程序、中断程序和双闭环控制程序等。
最后，使用开发板实物进行PID 参数调试，优化控制性能，进行速度测试，达到理想的实验效果，验证了设计的可行性等。
关键词：无刷直流电机；PID控制；STM32
 
Abstract
In recent years, with the development of technology and control theory, the application of motor control has gradually become a hot direction of attention. Brushless DC motor not only inherits the good speed regulation performance of DC motor, can achieve uniform and smooth stepless speed regulation under heavy load, but also avoids a series of problems caused by brush friction commutation of traditional brushless DC motor, such as poor motor contact, non-power generation, etc. Therefore, more and more attention has been paid to it.
Firstly, after understanding the relevant information, this paper introduces the research background and development trend of brushless DC motor, and describes the structure and working principle of brushless DC motor, as well as speed regulation methods.
Subsequently, considering the powerful function of the commonly used DSP microprocessor, but its control system cost is too high, and ARM has the characteristics of high performance and low cost, so the PID control system with STM32 as the core is adopted. According to the design requirements, the hardware circuit mainly includes driving circuit, power supply circuit and sampling circuit with STM32 chip as the core. Software includes main program, interrupt program and double closed-loop control program.
Finally, the development board is used to debug the PID parameters, optimize the control performance and speed test. The ideal experimental results are achieved, and the feasibility of the design is verified.
Key words: brushless DC motor; PID control; STM32
 
目录
第1章绪论    1
1.1 课题研究背景及意义    1
1.1.1 无刷直流电机国内外研究状况    1
1.1.2 无刷直流电机在工业自动化设备领域应用    2
1.2 本文的研究内容及工作安排    2
第2章无刷直流电机的原理和结构    3
2.1 无刷直流电机组成结构    3
2.1.1 电机本体    3
2.1.2 电子换向电路    3
2.1.3 转子位置传感器    4
2.2 无刷直流电机工作原理    5
2.3 无刷直流电机数学模型    7
2.4 无刷直流电机的运动特性    9
2.4.1 机械特性    10
2.4.2 调节特性    11
2.5 本章小结    12
第3章直流无刷电机控制系统设计    13
3.1 无刷直流电机基础控制结构    13
3.2 PID控制    13
3.2.1 模拟PID控制    13
3.2.2 数字PID控制    14
3.3 控制系统总体结构设计    15
3.4 系统硬件设计    16
3.4.1 主控芯片选择    16
3.4.2 电源电路设计    18
3.4.3 驱动电路设计    19
3.4.4 霍尔传感电路设计    20
3.4.5 电流采样电路设计    20
3.4.6 接口电路设计    22
3.5 本章小结    23
第4章无刷直流电机控制系统软件设计    24
4.1 软件开发环境和应用    24
4.2 软件开发系统设计    24
4.2.1 主程序设计    24
4.2.2 中断程序设计    25
4.2.3 电流环和速度环控制程序    26
4.3 仿真结果和分析    28
4.4 本章小结    29
第5章总结与展望    30
参考文献    31
致谢    32