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1、 南京工程学院 自动化学院 本科毕业设计（论文）题目： SVPWM 在BLDC电机中的应用 专 业： 自动化（数控技术） 班 级： XXXXX 学 号： XXXXXX 学生姓名： XXXX 指导教师： XXX 讲 师 起迄日期： 2012.22012.6 设计地点： 实验楼 _Graduation Design (Thesis) SVPWM in The Application of BLDC MotorByZHU XiangSupervised byTENG Fu LinSchool of AutomationNanjing Institute of TechnologyJune, 2012
2、摘 要随着工业自动化的发展，人们对电机控制系统的性能要求越来越高。矢量控制、直接转矩控制等先进的控制理论不断提出，而微处理器和控制器的更新换代特别是数字信号处理（DSP）的出现，使得理论成为实践。智能化功率模块和空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术的出现，极大的改善了电机的控制性能。本论文重点讲述了以功能强大的DSP、智能化的功率模块和先进的SVPWM技术实现永磁无刷直流电机的开环调速。介绍了基于DSP的硬件控制平台的组成部分。重点分析了SVPWM技术原理、产生PWM波的控制算法和程序的实现，最后在DSP控制平台上对其控制性能进行了验证。本论文所有的硬件电路设计和程序编写基于TMS320F280
3、6建立的数字控制系统。硬件电路中的电源电路，单片DSP最小系统电路等主要部分都是经过实际的焊制和调试。软件设计中的SVPWM程序主要采用C语言套用格式，使用CCS（C2000）编译环境下在DSP控制平台上进行了实际调试和验证。关键词：数字信号处理器；空间矢量PWM；逆变器ABSTRACT Along with the development of industrial automation, people on the motor control system performance demand more and more. Vector control, direct torque con
4、trol and other advanced control theories have been put forward, and the microprocessor controller and the update especially digital signal processor (DSP) appear, makes theory into practice. Intelligent power module and space vector pulse width modulation (SVPWM) technology appear, greatly improved
5、the motor control performance.This paper focuses on the function of the powerful DSP, intelligent power module and advanced SVPWM technology to achieve permanent brushless dc motor of the open loop control. Introduces the hardware platform based on DSP control of the component. Analyses the SVPWM te
6、chnology principle, produce PWM waves of the control algorithm and the realization of the program, and the last in the DSP control platform on the control performance is validated.This paper all the hardware circuit design and programming TMS320F2806 based on a digital control system. Hardware circu
7、it of the power supply circuit, monolithic DSP minimum system such as the main part of the circuit is after the actual soldering and debugging. The software design of SVPWM procedure mainly using C language to format, using CCS (C2000) compiled environment in DSP control platform on the actual commi
8、ssioning and validation.Key words： DSP；Space vector PWM；inverter目 录 第一章 绪论11.1 引言11.2 选题背景11.3 课题研究意义21.4 研究内容21.5 本文的结构2第二章 SVPWM的生成原理42.1 24V直流无刷电机调速控制 42.2 几种PWM输出方法的比较42.3 SVPWM生成原理4第三章 SVPWM算法的实现73.1 扇区的判断73.2 相邻两矢量的开关作用时间73.3 切换顺序93.4 SVPWM的调速103.5 SVPWM波的死区控制10第四章 支持SVPWM发生器的硬件电路114.1 DSP微处理器
9、114.2 DSP基本外围电路的设计124.3功率驱动电路144.4 SVPWM产生的硬件基础16第五章 SVPWM的软件设计185.1定点DSP的Q格式185.2 SVPWM控制参数的Q格式及代码实现195.3 SVPWM程序流程图205.4 实验结果分析21第六章 结论23致谢24参考文献25附录A：硬件设计原理图26第一章 绪 论1.1 引言SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)，即电压空间矢量脉宽调制，SVPWM是近年发展的一种比较新颖的控制方法，是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可
10、能接近于理想的正弦波形。随着电压型逆变器在高性能电力电子器件的广泛应用,脉宽调制(PWM)控制技术作为这些系统的核心技术,引起了高度重视。到目前为止,从电源角度出发的SPWM 技术,在各种应用场合占主导地位。从电机角度出发的空间矢量调制(SVPWM) 技术由于控制简单、数字化实现方便等特点,目前已有替代传统SPWM的趋势。空间电压矢量PWM与传统的正弦PWM不同，它是从三相输出电压的整体效果出发，目标在于使电机获得理想圆形磁链轨迹。SVPWM技术与SPWM相比较，绕组电流波形的谐波成分小，使得电机转矩脉动降低，旋转磁场更逼近圆形，而且使直流母线电压的利用率有了很大提高，在线性调制区域,它的电压
11、利用率SPWM高达15.47%。在非线性调制区域,通过采取过调制策略,能够保证其线性调制并能进一步提高其电压利用率2。1.2 选题背景交流调速技术最常用的方法是变频调速，通常是通过改变电源频率来实现交流电动机的速度控制。早期的变频系统都是采用开环恒压频比(U/F恒定)的控制方式，其优点是控制结构简单，成本较低；但是，其控制系统性能不高，利用率低，转矩响应慢。因此这种控制方式仅适应控制性能要求不高的场合。上世纪70年代，德国的F.Blaschke提出了矢量控制理论，开创了交流电动机等效直流电动机控制的先河，使交流电动机调速后的机械特性以及动态性能都达到了与直流电动机调压调速性能不相上下的程度3。
12、1985年，德困鲁尔大学的Depenbroch教授首次提出了直接转矩控制理论(DTC)，它是采用空间矢量的分析方法，把转矩直接作为被控量水控制，从而获得转矩的高动态性能。矢量控制和直接转矩控制虽然都能达到极高的控制性能，但是矢量控制需要的参数较多，算法代码庞大，直接转矩控制低速性能不佳，设备要求精良等原因，使得它们在工业中特别是像中国这样的发展中国家工业中还没有得到很好的应用。随着带有实时信号处理器的电机控制器件如DSP和和集成度很高的智能功率模块IPM的出现，以及SVPWM控制技术的不断完善和创新，矢量控制将在不久的将来占据工业生产的主导地位。1.3 课题研究意义国内交流伺服系统在数控机床、
13、机器人等行业已经开始了大量应用。市场上具有自主知识产权的民族品牌也如雨后春笋般发展起来。但是这些新兴的伺服驱动器生产商都面临同一个问题：交流伺服电机的高成本如何面对步进电机价格优势的冲击。同时，在实际应用中，如果想使用交流伺服系统来代替步进驱动，那么步进驱动中一些有用的成分是否仍然可以保存下来，例如低压开关电源。从这个出发点考虑，本课题先预期设计低压交流伺服系统，以兼容步进驱动电源。但是，项目一开始就遇到一个尖锐的问题：由于不具备伺服电机的自主产权，需要购置伺服电机，而国内市场根本采购不到小功率的低压伺服电机。所以，从成本和课题难度考虑，本文后期研究采用了BLDC电机代替低压交流伺服电机，而小
14、功率低压BLDC电机是很成熟的产品。传统BLDC电机采用6扇区磁链控制，低速性能有待提高，所以本课题中仍然采用SVPWM来实现BLDC控制。1.4 研究内容针对上述背景与条件，本课题是以开环的恒压频比控制系统为例，讲述如何用功能强大的信号处理器DSP、智能化的IPM模块和新兴的SVPWM技术去实现变频调速系统。并从实际应用角度考虑，在安全性、实用性、降低成本方而进行了相关的研究。本课题所要研究的主要内容包括：(1)基于DSP和IPM的交流调速控制平台的设计。系统以TMS320F2806为中央处理器设计控制电路，主要包括DSP基本外围电路设计，智能功率模块PM50RSAl20组成的交-直-交电压
15、源型逆变器设计驱动电路。并对实际应用时的安全可靠性电路进行了设计与实现。(2)SVPWM控制技术设计与实现。详细介绍了SVPWM波产生的控制原理，控制算法，控制算法以及软件流程的实现。1.5 本文的结构本文以SVPWM在BLDC电机中的应用的研发工程项目作为应用背景，对SVPWM技术进行了研究。全文共分为七章，各章的主要内容如下：第一章：扼要地介绍了SVPWM技术、交流调速和伺服系统的概念、特点与相关研究背景以及研究内容；第二章：具体研究了SVPWM的生成原理；第三章：对SVPWM算法的实现进行了研究，给出了生成SVPWM波的具体方案；第四章：研究了支持实现SVPWM波的硬件电路，包括对DSP基本外围电路的设计和功率驱动电路的设计；第五章：对SVPWM的软件设计给出了具体的说明，并且给出了相应的流程图；第六章：总结了全文的研究工作，并且给出了存在的问题和进一步研究的方向。
