无刷直流电动机调速系统设计说明
无刷直流电机的调速与控制技术
无刷直流电机的调速与控制技术随着科技的发展，电动机在各个领域的应用越来越广泛。
而无刷直流电机作为一种高效、可靠的电机，在许多领域得到了广泛的应用。
无刷直流电机的调速与控制技术是保证电机运行稳定性和提高其性能的重要一环。
一、无刷直流电机的工作原理无刷直流电机是一种基于电磁感应原理工作的电动机。
其核心部件是电机转子上的永磁体，通过感应电流产生的磁场与定子线圈产生的磁场相互作用，从而实现电机的运转。
相比于传统的有刷直流电机，无刷直流电机省去了电刷与换向器件，因此具有更高的效率和更长的寿命。
二、无刷直流电机的调速方法无刷直流电机的调速方法主要包括电压控制调速和电流控制调速两种。
1. 电压控制调速电压控制调速是通过改变电压的大小来控制电机的转速。
在实际应用中，最常见的方式是采用PWM (Pulse Width Modulation) 调制技术。
PWM技术通过调整电压的占空比，使得电机在一个固定的周期内以不同的占空比工作，从而实现不同的转速。
这种方法简单易行，但是对于大功率的无刷直流电机，其调速范围较窄。
2. 电流控制调速电流控制调速是通过改变电机定子线圈的电流来控制电机的转速。
常见的控制方法有开环控制和闭环控制。
开环电流控制是在电机定子线圈中加回馈电阻，通过改变反馈电阻的大小来调整电流。
这种方法结构简单，控制参数易调，但是系统稳定性较差，无法适应负载的变化。
闭环电流控制是在开环控制的基础上加入反馈环节，通过传感器测量电机的电流，并与设定的电流进行比较，通过PID控制算法来调整控制器输出的电压，从而控制电机的转速。
这种方法可以提高系统的稳定性和动态响应性能，适用于对转速精度和系统稳定性要求较高的应用。
三、无刷直流电机的控制技术无刷直流电机的控制技术是实现电机调速的重要手段之一。
根据不同的应用场景和需求，可以选择不同的控制方法。
1. 速度控制速度控制是无刷直流电机最基本的控制方式。
通过改变电机的输入提速，可以控制电机的转速。
无刷电机PWM调速系统设计
生 PWM 信号，采集电机的驱动电流、电机端的反电
动 势 ，进 行 PID 运 算 ，构 成 反 馈 系 统 。 根 据 运 算 结
果，调整 PWM 信号，通过图腾柱电路将单片机的控
制信号放大、分隔，使其有足够的功率来开通或者关
断 MOS 管 ，以 获 得 准 确 的 控 制 信 号 ，稳 定 地 调 节 电
（Department of Electronic Engineering，Huizhou Technician Institute，Huizhou 516003，China）
Abstract: In order to solve the problem of whether the brushless motor can respond quickly and keep the
-125-
《电子设计工程》2021 年第 7 期
图 3 MOS 驱动电路
关响应，增加电机驱动的可靠性和安全性 [7-8] 。
当 MOS 管关断时，电机线圈可能会给造成 MOS
管 的 DC 击 穿 ，因 此 ，选 取 的 PMOS 需 要 在 内 部 集 成
一 个 二 极 管 ，该 系 统 选 取 ECH8660 芯 片 ，该 芯 片 在
应快的场合，常常难以达到要求。文中设计的双闭
实现设备的精密加工，提高产品质量的同时可以延
环调速系统通过对电机的反电动势、电流进行采样，
[1]
长设备寿命 。
收稿日期：2020-05-06
通过反电动势来确定电机的速度，通过检测驱动电
稿件编号：202005022
流确定电机功率，使单片机获得当前的电机运行参
= T
I d (s) - I L (s) T m s
无刷直流电机pwm调速原理
无刷直流电机pwm调速原理
无刷直流电机（BLDC）是一种电动机，其转子上没有传统的电刷。
相比传统的有刷直流电机，BLDC电机拥有更高的效率和可靠性。
为了实现BLDC电机的调速，通常使用PWM（脉宽调制）技术。
PWM调速原理如下：在电机电源上加上一个有特定占空比的方波信号，即PWM信号。
PWM信号的占空比决定了电机的平均电压，从而决定了电机的转速。
当PWM信号的占空比增加时，电机的平均电压也会增加，电机的转速也会随之增加。
反之，当PWM信号的占空比减小时，电机的平均电压也会减小，电机的转速也会减小。
BLDC电机的控制主要包括两个方面：判断当前转子位置和根据位置控制电机。
判断转子位置通常采用霍尔传感器或反电动势感应法。
在控制电机时，可以采用开环控制或闭环控制。
开环控制指直接根据PWM信号控制电机转速；闭环控制则需要通过传感器反馈来调整PWM信号的占空比，使电机达到预期转速。
PWM调速技术不仅可以用于BLDC电机，也可以用于其他类型的电机调速。
通过合理的PWM信号设置，可以实现电机的精确调速和控制。
- 1 -。
直流无刷电机的控制系统设计方案
直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。
与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。
基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。
比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。
1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。
外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。
当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。
近些年来，计算机和控制技术快速发展。
单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。
经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。
所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。
1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。
选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。
本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。
永磁无刷直流电机调速控制系统的设计研究
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着人类工业社会的迅速发展，能源危机是21世纪各个国家所面临的重大危机，也是要实现可持续发展所必须解决的难题。
永磁无刷直流电机的发展历史可以追溯到上世纪四十年代，直到八十年代初期，在钕铁硼稀土这一永磁材料的突破性研究取得了巨大成果，并且加上生产力迅速提升，制造投入减小的影响，永磁无刷直流电机行业迎来了蓬勃发展。
近三十年来，随着科学研究的深入，永磁体性能得到了跃进式的提升，相应的电力电子器件的完善和蓬勃发展也促进了这一行业的迅猛发展。
永磁无刷直流电机控制系统研究方向与现代电力电子技术、现代控制理论、电机集成技术和微机技术等学科密切相关，相辅相成。
科学家们通过对其研究背景、研究意义、结构组成、工作原理、数学模型、硬件电路设计、软件设计等方面的深入研究，使得永磁无刷直流电机在拥有良好调速性能的情况下，机械换向和电刷等历史研究中出现的难点获得了解决，目前永磁无刷直流电机的用途遍布各行各业，小到家用电器，大到航空航天，都有永磁无刷直流电机的身影，发展前景不可估量。
1研究背景与意义从上世纪四十年代至今，永磁无刷直流电机的发展在实际应用上与永磁材料的突破性研究，生产力迅速提升，制造投入减小，电力电子器件的迅猛发展息息相关，在理论研究上与现代电力电子技术、现代控制理论、电机集成技术和微机技术等学科的深入研究息息相关。
由于其所具有的大功率、大转矩、高速度、高性能、微型化和数字化等特点决定了该行业宽广的发展前景，也吸引了不少科研工作者的目光。
目前永磁无刷直流电机在各行各业都得到广泛的应用，小到家用电器，大到航空航天，都有永磁无刷直流电机的身影。
基于上述原因，对永磁无刷直流电机的控制系统进行合理的、科学的、系统的研究探索是非常重要且必要的，这是现代工业发展和机电一体化所提出来的必须进行的挑战，这一研究具有深远的理论意义和实际应用价值，并且会给整个社会和相关行业带来巨大的经济效益。
永磁无刷直流电机控制系统设计
永磁无刷直流电机控制系统设计1.电机模型的建立：建立电机的数学模型是进行控制系统设计的第一步。
永磁无刷直流电机可以使用动态数学模型来描述其动态特性，常用的模型包括简化的转子动态模型和电动机状态空间模型。
简化的转子动态模型以电机的电磁转矩方程为基础，通过建立电机的电流-转速模型来描述电机的动态响应。
这个模型通常用于低频控制和电机启动阶段的设计。
电动机状态空间模型则是通过将电机的状态变量表示为电流和转速变量，用微分方程的形式描述电机的动态特性。
这个模型适用于高频控制和电机稳态响应分析。
2.控制器设计：经典的控制方法包括比例积分控制器（PI）和比例积分微分控制器（PID）。
比例积分控制器是最简单的控制器，通过调节电流的比例增益和积分时间来控制电机的速度。
这种控制器适用于低精度控制和对动态响应要求不高的应用。
比例积分微分控制器在比例积分控制器的基础上增加了微分项，通过调节微分时间来控制系统的阻尼比，提高系统的稳定性和动态响应。
3.参数调节：在控制器设计中，参数调节和整定是非常重要的环节，主要包括根据系统的要求选择合适的控制器参数，并进行优化。
参数调节可以通过试探法、经验法和优化算法等方法进行。
其中，试探法和经验法是相对简单的方法，通过调整控制器的参数值来达到稳定运行或者较好的控制性能。
优化算法可以通过数学模型和计算机仿真的方式进行，通过优化目标函数和约束条件，得到最合适的控制器参数。
总结起来，永磁无刷直流电机控制系统设计主要包括电机模型的建立、控制器设计和参数调节。
在设计过程中，需要根据系统的要求选择合适的控制器，通过参数调节和优化算法来提高系统的稳定性和动态性能。
PLC微机控制直流无刷电动机调速系统
一、概述电动机主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种，而直流电动机具有运行效率高和调素性能好等诸多优点得以被广泛运用，但传统的直流电动机均采用电刷，以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点，再加上成本高及维修困难等缺点，大大限制了它的应用范围。
随着社会生产力和科学技术的发展，大功率开关器件、模拟和数字集成、高性能磁性材料技术等取得了很大的进步，又因直流无刷电动机具有寿命长、结构简单、运行可靠、维护方便等特点，在性能上，有启动转矩大、动态制动简便、转速——转矩特性呈线性及效率等优点而得以广泛应用。
（一）直流无刷电动机的基本组成环节及工作原理1、直流无刷电动机的基本组成环节直流无刷电动机的基本组成框图如图1-1所示。
它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
图1—1 直流无刷电动机的结构原理图电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼形绕组和其它启动装置，它有永磁的转子和多相定子绕组。
多相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联接。
位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联接，其信号在转子位置译码器中转换成正确的换相顺序信号，控制功率开关器件，使定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。
因此，所谓直流无刷电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。
其中转子的永磁钢与永磁有刷电动机中所用的永磁钢的作用相似，均是在电动机的气隙中建立足够的磁场，其不同之处在于直流无刷电动机中永磁钢装在转子上，而直流有刷电动机的磁钢装在定子上。
直流无刷电动机的电子开关线路是用来控制动机定子上各相绕组通电的顺序和时间主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两个部分组成。
功率逻辑开关单元是控制电路的核心，其功能是将电源的功率以一定的逻辑关系分配给流无刷电动机定子上各相绕组，以便电动机产生持续不断的转矩。
基于DSP控制的斩波器无刷直流电动机调压调速系统的设计
收稿 日期 ：０ ９ １ ８ ２ ０ —１ —２
宽度。 ｅ 当ｌ 等于零时Ｐ ＷＭ 波的宽度不变 ； ｅ 当Ｉ 过大 即参考 电流大于实际 电流很多 ， 的 Ｐ 使 ＷＭ 宽度大 于 控 制周 期 时 就 令 Ｐ ＷＭ 的宽 度 为 控 制 周 期 ， 时 此 输 出最 宽 的 Ｐ Ｍ 波 以最 快 地 增 大 转速 ； Ｉ 过 小 Ｗ 当 ｅ （ 负值 ） 参 考 电 流 小 于 实 际 电流 很 多 ， Ｐ 为 即 使 ＷＭ 宽 度小 于零 ， 令 Ｐ 就 ＷＭ 的宽 度 为零 ， 时 以最 快 的 此 速 度 降低转 速 。 由ＤＳ Ｐ输 出 的六： Ｐ Ｍ 波 ， 由驱 ￣ Ｗ Ｎ 经 动 电路控 制 晶 闸管 的开 关 模 式 ， 而 控 制 无 刷 直 流 进 电动机 的转 速 。 ２ 电 路实 现 及仿真 双 闭环 调 速 系统 的 电 气主 接 线 包 括 电源 、 流 整 桥 、 Ｒ、 ＧＴ 直流 无 刷 电动 机 、 动 电路 、 Ｓ 驱 Ｄ Ｐ芯 片 、 以 及 电路 电流 、 电压 的检 测 和 保 护 电路 ， 电流 、 速 的 转
１ １ 无 刷 电机 的 Ｄ Ｐ控 制 系统 ． Ｓ
Ｉ ｅｋ— Ｉｅ ｒ ｆ ｒ 丘
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其中： Ｉ 速度 调 节器 输 出 ； 一 Ｅ —Ｋ 时 刻 的速度 误 差 ； ｋ Ｋｐ 比例 系数 ； 一 Ｋｉ 积分 系 数 ； 一速 度 采样 周 期 。 一 Ｔ 电流 调 节是 采用 了Ｐ 增 量算 法 。电流 的调 整过 Ｉ 程就是 Ｐ Ｍ 信 号产 生 的过 程 。 过 调整Ｐ Ｗ 通 ＷＭ 波 的 宽 度就 可 以调 整 电流 的 平均 值 。Ｐ ＷＭ 波 的 宽 度 由 参考 电流 与 检测 电流 的 电流 差 决定 。再经 过 Ｐ Ｄ增 Ｉ 量算 法计 算 ， 可得 应 输 出的 电流 ：
基于pwm技术的无刷直流电机的调速系统设计大学论文
基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。
但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。
MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。
最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。
关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。
无刷直流电动机控制系统
设计内容与设计要求一.设计内容：1. 介绍无刷直流电动机（BLDCM）的工作原理、调速系统的组成及功能。
2. 分析功率控制器的主电路拓扑形式。
3. 给出三相无刷直流电动机控制系统的框图。
4. 电流调节器的设计。
二、设计要求：1、思路清晰，给出整体设计和电路图。
2、给出具体设计思路和电路。
3、写出设计报告。
主要设计条件1.提供被控电机；2.提供设计要求；3.提供调试用实验室；说明书格式1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．正文5．总结与体会；6. 参考文献7. 课程设计成绩评分表进度安排1: 课题内容介绍和查找资料；2: 总体电路设计和分电路设计；3: 写设计报告，打印相关图纸；4: 答辩；参考文献1、《电机控制》2、《电力电子技术》3、《特种电机及其控制》4、《电机的DSP控制技术及其应用》5、《电机拖动与控制》6、《特种交流电机及其计算机控制与仿真》3目录简介 (6)第一章直流无刷电机的工作原理 (7)1.基本工作原理 (7)2.无刷直流电动机的组成 (10)第二章无刷直流电机的控制 (11)1.无刷直流电机的控制原理 (11)2.转子的控制 (13)3.速度的控制 (14)第三章电机的反馈 (15)1.电流测量 (15)2. RPM转速测量 (15)第四章硬件设计 (16)1. LPC2141的使用方法 (16)小结 (17)电气与信息工程系课程设计评分表 (18)简介直流无刷电机:又称“无换向器电机交一直一交系统”或“直交系统”。
是将交流电源整流后变成直流，再由逆变器转换成频率可调的交流电,但是,注意此处逆变器是工作在直流斩波方式。
无刷直流电动机Brushless Direct Current Motor ,BLDC,采用方波自控式永磁同步电机,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料;产品性能超越传统直流电机的所有优点,同时又解决了直流电机碳刷滑环的缺点,数字式控制,是当今最理想的调速电机。
无刷直流电机控制系统的设计及仿真
目录1 前言............................................................................................................... - 0 -1.1 无刷直流电机的开展......................................................................... - 0 -1.2 无刷直流电机的优越性..................................................................... - 0 -1.3 无刷直流电机的应用......................................................................... - 1 -1.4 无刷直流电机调速系统的研究现状和未来开展............................. - 1 -2 无刷直流电机的原理................................................................................... -3 -2.1 三相无刷直流电动机的根本组成..................................................... - 3 -2.2 无刷直流电机的根本工作过程......................................................... - 4 -2.3 无刷直流电动机本体......................................................................... - 5 -2.3.1 电动机定子............................................................................... - 5 -2.3.2 电动机转子............................................................................... - 6 -2.3.3 有关电机本体设计的问题....................................................... - 7 -3 转子位置检测............................................................................................... - 8 -3.1 位置传感器检测法............................................................................. - 8 -3.2 无位置传感器检测法......................................................................... - 9 -4 系统方案设计............................................................................................. - 11 -4.1 系统设计要求................................................................................... - 11 -4.1.1 系统总体框架......................................................................... - 11 -4.2 主电路供电方案选择....................................................................... - 11 -4.3 无刷直流电机电子换相器............................................................... - 13 -4.3.1 三相半控电路......................................................................... - 13 -4.3.2 三相全控电路......................................................................... - 14 -4.4 无刷直流电机的根本方程............................................................... - 15 -4.5 逆变电路的选择............................................................................... - 17 -4.6 基于MC33035的无刷直流电动机调速系统................................... - 18 -4.6.1 MC33035无刷直流电动机控制芯片...................................... - 18 -4.6.2 基于MC33035的无刷直流电动机调速系统设计 ................ - 19 -5 无刷直流电机调速系统的MATLAB仿真................................................... - 22 -5.1 电源、逆变桥和无刷直流电机模型............................................... - 23 -5.2 换相逻辑控制模块........................................................................... - 24 -5.3 PWM调制技术.................................................................................... - 29 -5.3.1 等脉宽PWM法......................................................................... - 31 -5.3.2 SPWM(Sinusoidal PWM)法..................................................... - 31 -5.4 控制器和控制电平转换及PWM发生环节设计............................... - 31 -5.5 系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析................................... - 33 -5.5.1 起动，阶跃负载仿真............................................................. - 33 -5.5.2 可逆调速仿真......................................................................... - 35 -6 总结和体会................................................................................................. - 37 -无刷直流电机调速控制系统设计1前言直流无刷电机，无机械刷和换向器的直流电机，也被称为无换向器直流电动机。
60kW 无刷直流电动机调速装置的研制
60kW无刷直流电动机调速装置的研制*李宏1彭毅21)西安石油大学，(710065) 2)解放军某部队摘要介绍了一种60kW无刷直流电动机调速装置，它的主电路应用绝缘栅控双极型晶体管IGBT，控制脉冲形成单元由无刷直流电动机驱动控制芯片MC33035完成，IGBT的驱动电路应用HL402A,保护电路设计较完善，文中不但详细介绍了该电动机调速器各主要部分的组成和工作原理，而且给出了其实用效果。
关键词无刷直流电动机调速装置，驱动电路，控制脉冲，电流传感器，保护电路1.引言电动机作为各种生产机械或旋转机械的拖动单元，获得了极为广泛的应用，据统计发达国家发电量的50%~70%消耗于电动机，我国发电量的65%被电动机消耗，尽管电动机发明已有一百多年的历史，但从大的方面仍可将其分为交流电动机和直流电动机两大类，他励直流电动机具有调速性能好，调速范围宽，励磁与电枢电压可独立控制，调速精度高等交流电动机无法比拟的优点。
至今仍有一定量的应用，但其致命缺点是存在换向火花，电刷维护工作量大，体积大，运行噪音大，交流电动机具有体积小，运行噪音小，不存在换向器及电刷等优点，但由于其旋转磁场与定子电压极难精确的解耦控制，尽管应用了许多诸如矢量控制的方法，其调速性能仍然较直流电动机要差，为了充分发挥直流电动机与交流电动机两者的共同优点，而扬弃它们各自的不足，随着稀土材料制造技术的日新月异，各种新型的电动机不断涌现，其中发展极为迅速的是无刷直流电动机，无刷直流电动机是一种永磁的交流同步电动机，结构与交流电动机十分类似，但由于受生产量等因素的影响，它的成本还相对较高，特别是其调速控制器的容量还无法做到与交流电动机变频调速及普通直流电动机调速装置那样大，限制了其应用的快速发展，本文介绍我们最近研制的一种60kW无刷直流电动机调速装置。
2.系统基本构成和工作原理60kW无刷直流电动机调速装置由主电路、驱动电路、控制脉冲形成电路、信号检测电路、保护电路、*本项目受某国防科技基金资助操作电路、报警及显示电路、给定及闭环调节电路,工作电源电路九大功能块组成，限于篇幅，本文仅介绍其主要核心单元的工作原理。
直流无刷电机控制器调速方法【技巧】
直流无刷电机怎么控制速度?很多开始使用无刷电机的客户咨询这个问题，随着无刷马达广泛在医疗、自动化设备、机器人、汽车等领域的应用，为了实现不同的传动控制要求，对控制直流无刷电机的速度的快慢、正反转等驱动问题有很多疑问，下面给大家分享控制无刷电机速度的3个方法：直流无刷电机的调速方法：方法一：用电压来操控速度，扭力主要由电流来操控，一般会带一个配套的电机驱动器，更改驱动器的輸出电压就还可以操控无刷电机的速度，如果没有驱动器，想自已真接操控马达的话，需要看马达的功率和工作电流。
方法二：PWM控速，直流电机的PWM控速原理与交流电机调速原理不同，它不是通过调频方式去调节马达的转速，而是通过调节驱动电压脉冲宽度的方式，并与电路中一些相应的储能元件配合，更改了输送到电枢电压的幅值，从而达到更改直流无刷电机转速的目的。
它的调制方式是调幅。
PWM操控有两种方式：1.采用PWM信号，操控三极管的导通时间，导通的时间越长，那么做功的时间越长，马达的转速就越高2.采用PWM操控信号操控三极管导通时间，更改操控电压高低来实现方法三：如果是小功率的马达还可以用电阻控速(不建议采用，方式非常简单，串联个电位器即可，只有这个方式会降低效率，因此不倡导)，大功率的马达不能采用电阻操控速度，是因为这样需要一个小阻值大功率的电阻(马达工作阻值很小)，这个电阻不好找而且这个方案效率太低，最好是还是找个配套的直流无刷电机驱动器。
以上就是关于直流无刷电机控制调速的3个比较常用的方法，希望可以给大家一点帮助和启示。
扩展资料：直流无刷电机工作原理：无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。
电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。
电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。
驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
电动车用无刷直流电动机的调速控制
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Ｖ１ ，输 入 Ｌ ２ Ｍ３ ４的 比较器 反 相输 入 端 ，由无 刷 电 ∞
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动机 输 出的霍 尔方 波信 号 （ 图 ２ ，经 过沿 触 发 电 如 ）
Ｖ
路 ，在方 波上 跳沿 和下 跳 沿分别 产 生触 发脉 冲 ，达
１ 概 述
当给无刷 直 流电动 机定 子绕组 通 电时 ，该 电流 与转子 永磁体 的磁 极所 产生 的磁场 相互 作用 而产 生
转 矩 ，驱动转 子旋 转 ，再 由位 置传 感器 将转 子位 置
变换成 方波 信号 ，通过 控制 电路 去控 制开关 线路 的 通断 ，从 而使定 子各相 绕组 按一定 顺 序导通 ，定 子 相 电流随转 子位 置 的变化 而按一定 的次序换 相 。由 于 电子开关 线路 的 导 通次 序 是 与转 子 转 角 同步 的 ， 因而起 到 了机械 换相 器 的换 相作 用 。因此 ，所谓 无 刷直 流 电动 机 ，就其结 构而 言 ，可 以认 为是 一 台 由
电子 开关线 路 、永磁 式 同步 电动 机 以及位 置传 感器
图 １ 电 动 车 用 无 刷 直 流 电机 设 计 流 程
６。 １０ １０ ０ ２ 。 。 ２ ０ ３ ０ ３ ０ ８ ４。 ０ 。 ６。
三者 组成 的“ 电动机 系统” 。
２ 设 计 方 案
本设计 应用 于控 制 电动 自行 车 和 电动 摩托 车 的
黄 涛 李 晶
（ 汉 理 工 大 学 信 息 学 院 ，武 汉 武 ４０７） ３ ０ ０
摘 要 ：对 当前 无刷直 流 电动机在 电动车 中的应用做 了简单分 析 ，详 细 阐述 了其 驱 动 电路 和调 整 部 分 的实现 方案 以及过 流保 护等 功 能。 关键 词 ：无 刷直流 电动机 ；霍 尔位 置传 感器 ；驱 动 电路 ；调速 ；过 流保 护 ； 电动助力 车 ；应用
无刷直流电机控制器的设计
无刷直流电机控制器的设计
无刷直流电动机兼有直流电动机调整和起动性能好以及异步电动机结构简单无需维护的优点，因而在高可靠性的电机调速领域中获得了广泛应用。在电机转速控制方面，绝大多数场合数字调速系统已取代模拟调速系统。目前，数字调速系统主要采用两种控制方案:一种采用专用集成电路。这种方案可以降低设备投资，提高装置的可靠性，但不够灵活。另一种是以微处理器为控制核心构成硬件系统。这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便。
★工作电压、功耗：
单片机的工作电压最低可以达到，最高为6V，常见的是3V和5V
单片机的功耗参数主要是指正常模式、空闲模式、掉电模式下的工作电流，用电池供电的系统要选用电流小的产品，同时要考虑是否要用到单片机的掉电模式，如果要用的话必须选择有相应功能的单片机。
★其他方面：
在单片机的性能上还有很多要考虑的因素，比如中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内部有无时钟振荡器、有无上电复位功能等等。
无刷直流电机调速控制系统设计方案毕业论文
无刷直流电机调速控制系统设计方案毕业论文目录摘要.................................. 错误!未定义书签。
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第1章绪论 .. (1)1.1 无刷直流电动机的发展概况 (1)1.2无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较 (2)1.3 无刷直流电动机的结构及基本工作原理 (2)1.4 无刷直流电动机的运行特性 (6)1.4.1 机械特性 (6)1.4.2 调节特性 (7)1.5 无刷直流电动机的应用与研究动向 (8)第2章无刷直流电动机控制系统设计方案 (10)2.1系统设计要求 (10)2.2 无刷直流电动机系统的组成 (10)2.3系统设计方案论证 (12)2.3.1转速测量方案论证 (12)2.3.2电机驱动方案论证 (12)2.3.3键盘输入方案论证 (13)2.3.4显示方案论证 (13)2.3.5 PWM调速工作方式 (13)2.3.6 PWM软件实现方案论证 (14)2.3.7直流电动机转速检测方案论证 (14)2.4系统原理框图设计 (14)第3章系统硬件分析与设计 (16)3.1单片机的介绍 (16)3.2显示电路的设计 (20)3.2.1显示电路的分析 (20)3.2.2显示电路硬件原理 (21)3.3键盘电路的设计 (22)3.3.1键盘电路的分析 (22)3.3.2键盘电路硬件原理 (23)3.4逆变主电路设计 (24)3.4.1 功率开关主电路 (24)3.4.2逆变电路驱动设计 (25)3.5辨相电路模块 (26)3.6霍尔位置传感器模块 (27)第4章软件程序设计 (29)4.1系统初始化程序模块 (29)4.2键盘模块 (31)4.3 显示模块 (33)4.4 转速调节程序设计 (34)结束语 (36)参考文献 (37)致谢 (38)毕业设计（论文）知识产权声明 (39)毕业设计（论文）独创性声明 (39)附录A 无刷直流电机调速控制系统电路原理图 (41)附录B 程序清单 (41)附录C PCB电路版图 (55)附录D 外文翻译 (56)第1章绪论1.1无刷直流电动机的发展概况无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，这一渊源关系从其名称中就可以看出来。
无刷直流电动机程序的设计说明
无刷直流电动机程序的设计说明无刷直流电动机（BLDC）是一种通过控制器来驱动转子的永磁电机，它具有高效率、高功率密度、高可靠性和低噪音等优点，被广泛应用于工业和消费电子设备中。
本设计说明将详细介绍BLDC电机程序的设计原则、功能模块和实现方法。
一、设计原则1.确定需求：在进行BLDC电机程序的设计之前，需要明确电机的工作特性、效率要求、控制精度和稳定性等需求。
2.选择算法：根据需求和使用场景选择合适的控制算法，常用的算法有基于电流控制的直接转矩控制（DTC）、感应电动机控制（IMC）和速度控制算法等。
3.硬件平台：选择合适的硬件平台实现BLDC电机的控制，包括控制器、电源和传感器等。
4.软件开发：根据硬件平台的特性，选择合适的开发工具和编程语言进行程序开发。
5.调试和测试：进行程序的调试和测试，优化程序性能和控制精度。
6.部署和维护：最终将程序部署到目标平台上，对电机进行稳定长期的运行和维护。
二、功能模块BLDC电机程序主要包括下述功能模块：1.传感器接口模块：负责与传感器进行通信，并读取电机运行过程中的实时参数，如转子位置、转速和电流等。
2. 转子位置估计模块：通过读取传感器的数据来估计转子的位置，可以采用霍尔传感器、编码器或者反电动势（back EMF）等方法进行位置估计。
3.控制算法模块：根据转子的位置和转速，使用相应的控制算法来生成转矩控制信号，控制电机的运行。
4.功率控制模块：根据控制信号，控制功率器件（如MOSFET）的开关状态，实现电机的正反转和转矩调节等功能。
5.保护模块：监测电机运行过程中的电流、温度和电压等参数，当参数异常时，进行相应的保护动作，以防止电机损坏。
6.通信接口模块：与上层控制系统进行通信，接受控制指令和返回电机运行状态等信息。
三、实现方法BLDC电机程序的实现方法如下：1.使用C/C++等高级编程语言编写程序，根据目标硬件平台的特性进行代码的优化和适配。
2.将功能模块划分为不同的函数或模块，使用模块化的方式进行程序开发，提高代码的可读性和可维护性。
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目录1绪论 (1)1.1 直流无刷电动机发展状况 (1)1.2直流无刷电机控制技术的发展 (1)2 直流无刷电动机的工作原理 (2)2.1 直流无刷电动机的结构与原理 (2)2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型 (4)2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器 (5)3 直流无刷电动机控制系统的数学模型 (6)3. 1直流无刷电动机的基本方程 (7)3. 2直流无刷电动机控制系统的动态数学模型 (10)4 硬件电路 (12)4.1 主电路 (12)4.2换相电路 (14)5 软件部分设计 (17)5. 1软件总体构成 (17)5. 2主程序的设计 (17)5. 3中断子程序的设计 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 .............................................................. 错误!未定义书签。
1绪论1.1 直流无刷电动机发展状况电动机作为机电能量转换装置，其应用围已经遍及国民经济的各个领域，电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直流电动机三种。
直流电动机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，因此被广泛应用于各种调速系统中。
但传统的直流电动机均采用机械电刷的方式进行换向，存在相对的机械摩擦，和由此带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。
因此，早在1917年，Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。
1955年，美国D·Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着无刷直流电机的诞生。
1978年，原联邦德国MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了实用阶段。
二十世纪80年代国际上对无刷电机开展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波无刷直流电机，在10多年的时间里，无刷直流电机在国际上己得到较为充分的发展。
现代电力电子器件工艺日臻成熟，出现了功率晶体管(GTR)、可关断晶闸管(GTO)、功率场效应晶体管(MOSFET)，特别是绝缘栅双极晶体管(IGBT ), MOS可控晶闸管(IGCT)的开发成功，使无刷直流电机功率驱动电路的可靠性和稳定性得到保障。
直流无刷电动机的发展也使得传统的电机学科同当代许多新技术的发展密切相关。
随着大功率半导体器件、电力电子技术、微电子技术、数字信号处理技术、现代控制理论的发展以及高性能永磁材料的不断出现，如今的无刷直流电机系统己经成为集特种电动机、功率驱动器、检测元件、控制软件与硬件于一体的典型的机电一体化产品，体现了当今工程科学领域的许多最新成果。
1.2直流无刷电机控制技术的发展常规控制器(PID控制)尽管控制精度较高，但它需要建立描述动态系统的精确的数学模型，对于未知动态变化的系统要建立精确的数学模型是比较困难的。
比如干扰、参数漂移和噪声等不可能在很高的精度下进行模型化。
直流无刷电机是一个多变量、非线性、强耦合的对象，因此利用模糊控制、神经网络控制、自适应控制、专家系统等具有自学习、自适应、自组织功能的智能控制来进行无刷直流电机的控制是一种有效的手段，控制器的计算和存储能力的不断增强也为这些先进控制算法的实现提供了有利的条件。
直流无刷电动机控制技术发展经历了如下的发展过程：(1)无位置传感器控制对于无刷电动机，由于它具有体积、重量轻、结构简单、维护方便、运行可靠的优点所以备受欢迎。
但是无刷电动机要实现旋转，就要实时的检测出转子的位置实现正确换相。
所以位置的检测和换相技术的研究是直流无刷电动机控制目前的一个方面。
最常用的方式是采用传感器的方式。
这种方式可以正确的检测转子位置信号，但是由于传感器的安装不仅会使电机的体积增大，而且传感器也难于安装和维修。
因此无传感器的传动控制引起国外学术界很大的重视，成为近年的研究热点。
(2)变结构控制由无刷电机组成的控制系统，为了提高它的控制性能，人们也在使用一些新型的控制策略。
变结构控制由于具有响应速度快、对控制对象参数变化及外部扰动不灵敏、物理实现简单等优点，人们开始将直流无刷电机采用变结构控。
(3)模糊控制和PID相结合的Fuzzy-PID控制在控制系统中，如何在较宽调速围提高电流调节特性以及减小力矩波动一直是系统研究的焦点。
模糊控制是近年来研究的热点，它不依赖于被控对象的精确的数学模型，对系统的动态响应有较好的鲁棒性；PID控制方法可以很好的消除系统的稳态误差，所以人们将两者结合也用于直流无刷电机的控制系统，使系统同时兼有两种方法的优点。
采用Fuzzy-PID复合控制，系统具有Fuzzy和PID控制的双重优点，响应快，速度无超调，调速围宽，可达1:10000，定位精度高，在不同的负载下具有较强的鲁棒性。
2 直流无刷电动机的工作原理2.1 直流无刷电动机的结构与原理直流无刷电动机的结构原理如图2-1所示。
图 2-1直流无刷电动机的结构原理图从图2-1可见直流无刷电动机组件主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分构成。
其定子绕组一般制成多相，转子由永磁材料制成。
电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其它起动装置。
其定子绕组一般制成多相Z=2，4)组成。
定子绕组(三相、四相、五相不等)，转子由永久磁钢按一定极对数(p分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联接。
位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联接。
当电子绕组的某一相通电时，该电流与转子磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置信号变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各相绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
因此平常所说的直流无刷电动机，就其基本结构而言，可以认为是一台由电子开关线路、电动机本体及位置传感器三部分组成的电动机系统。
直流无刷电动机的组成原理框图如图2-2所示。
直流无刷电动机电子开关线路用来控制电动机定子上各相绕组通电的顺序和时间，主要由功率逻辑开关单元和位置传感器信号处理单元两部分组成。
功率逻辑开关单元是控制电路的核心，它的功能是将电源的功率以一定逻辑关系分配给直流无刷电动机定子上各相绕组，以便使直流无刷电动机产生持续不断的转矩，而各相绕组导通顺序和时间主要取决于来自位置传感器的信号，但位置传感器产生的信号一般不能直接用来控制功率单元，常需要经过一定的逻辑处理后才能去控制功率单元。
与有刷直流电动机区别的是：有刷直流电动机必须有一个滑动的接触一电刷和换向器，通过它们把电流反馈给旋转着的电枢。
综上所述，构成直流无刷电动机的主要部件框图如图2-3所示。
2.2三相绕组直流无刷电动机控制主回路的基本类型直流无刷电动机的应用，己遍及各个技术领域其控制方法和运行方式也层出不穷，其他一切直流电动机的转速控制方法均可以用来控制直流无刷电动机。
前己指出，直流无刷电动机实际上是一个由电动机本体，功率管、主回路及转子磁钢位置传感器等部分组成的闭环控制系统。
为了讨论方便起见把功率管主回路和转子磁钢位置传感器合并在一起称之为电子换相器，其主要功能是保证电动机定子绕组准确换相，确保直流无刷电动机在运行过程中定转子两磁场始终保持基本垂直，以提高运行效率。
因此根据功率管主回路的不同和换相控制器件的不同也就派生出了诸多典型控制电路。
主要有以下几种：①分立元件全模拟电路；②专用集成控制电路；③数模混合控制电路；④全数字控制电路。
其中全模拟电路在无刷直流电动机中曾被广泛应用，目前在许多经济实用型的无刷直流电动机中仍占着主导的地位。
但是，由于模拟电路不可避免的存在参数的漂移和不一致问题，以及线路复杂，调试不方便等因素，因而使电动机的可靠性和其它性能受到影响。
至于什么情况下选用什么样的控制电路则应根据对电路的精度要求与实际条件确定。
2.3直流无刷电动机控制系统中的PWM控制器晶闸管变流器构成的直流调速由于其线路简单控制灵活、体积小、效率高以及无旋转噪声和无磨损等优点，在一般工业应用中，特别是大功率系统中一直占据着主要的地位。
但是当系统运行在较低速时，晶闸管的导电角很小，系统的功率因数相应也很小，并产生较大的谐波电流，使转矩脉动大，限制了调速围。
要克服上述问题必须加大平波电抗器的电感量，但电感大又限制了系统的快速性，此外，功率因数低，谐波电流大，还将引起电网电压波形畸变，变流器设备容量大，还将造成所谓的“电力公害”，在这种情况下必须增设无功补偿和谐波滤波装置。
随着电力电子技术的发展，出现了可控关断的即自关断电力电子器件，即全控式器件。
如大功率晶体管(GTR)、电力场效应晶体管(power MOSFET)、可关断晶闸管(GTO)、MOS控制晶闸管(MCT) 、绝缘栅门极控制晶体管(IGBT)等自关断器件，采用全控型开关器件很容易实现脉冲宽度调制，与半控型开关器件晶闸管变流器相比，体积可缩小百分之三十以上，装置效率高，功率因数高。
同时由于开关频率的提高，直流脉冲宽度调制(PWM-EM)调速控制系统与V—M调速控制系统相比，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小，低速性能好，稳精度高，系统通频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强。
直流无刷电动机是以电子换向线路和转子位置检测器代替传统直流电动机的机械换向装置而组成的新型电机。
下面结合直流无刷电动机和PWM控制技术的特点来分析直流无刷电动机中的PWM控制系统。
脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）简称PWM，它是通过功率管开关作用将恒定直流电压转换成频率一定，宽度可调的方波脉冲电压，通过调节脉冲电压的宽度，改变输出电压的平均值的一种功率变换技术。
由脉冲宽度调制变换器向电动机供电的系统称为脉冲宽度调制调速控制系统，简称PWM调速系统。
由于PWM 控制器的主电路元件工作在开关状态，因此控制器的损耗小，效率高。
直流无刷电动机PMW控制器可分成两大部分：控制电路和逆变主电路。
PWM控制系统的控制电路由脉宽调制器、逻辑延时环节、脉冲分配和功率管驱动电路、保护电路等基本电路组成。
PMW 控制系统的主电路采用脉宽调制式变换器，简称PMW变换器。
PMW 变换器分为不可逆和可逆两类。
不可逆PWM变换器仅在一、二两个象限中运行，可逆PMW 变换器则可在四个象限中运行，工作于正转电动、正转制动、反转电动和反转制动四种状态，因而，伺服系统中多采用可逆PMW变换器。
可逆PMW变换器常用H型桥式变换器结构型式，它在控制上分为双极式、单极式和受限单极式三种。