无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计

无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计

学号：1008421057

本科毕业论文（设计）

(2014届)

直流无刷电机控制系统的设计

院系电子信息工程学院

专业电子信息工程

姓名胡杰

指导教师陆俊峰陈兵兵

高工助教

2014年4月

摘要

无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。

自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。

本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。

关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机

Abstract

Brushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention.

Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth.

The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop.

Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor

目录

摘要···························I Abstract ·························III

目录..........................IV 1 引言 0

1.1 研究背景及意义 0

1.2 国内外研究现状 (1)

1.3 设计任务与要求 (1)

2 基本理论 (1)

2.1 无刷直流电机的结构以及基本原理 (1)

2.2 无刷直流电机的运行特性 (4)

2.3 无刷直流电机的应用 (5)

3 直流无刷直流电机控制系统的设计 (6)

3.1 无刷直流电动机系统的组成部分 (6)

3.2 无刷直流电机控制系统的设计 (8)

4 直流无刷电机的电路设计 (9)

4.1 开关电路的设计 (9)

4.2 保护电路的设计 (9)

4.3 驱动电路的设计 (10)

4.4 反馈电路的设计 (10)

4.5 电源电路的设计 (11)

5 直流无刷电机控制系统的软件设计 (11)

5.1 系统功能的实现 (12)

5.2 软件流程图 (12)

6 实物成果及展望 (13)

致谢 (16)

参考文献 (16)

附录 (19)

1 引言

近年来随着微电子技术自动控制技术和新型永磁材料的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。他已经在各个领域中被应用，如军事领域、家用电器领域、工业领域等等。1.1研究背景及意义

有刷电机出现的比较早，大约在上世纪40年代以来就已经占据了整个领域市场的主要地位因为他的一系列优点，如价格低、可靠性好、变速平稳等等优点，但是它有一个致命的弱点就是它的碳刷容易磨损而且非常不容易更换，而且他的运行电流比较大这样就比较容易降低电机的寿命[1]。为了有效的克服其弱点科学家进行了大量研究，终于在1955年美国科学家D.Harrison发现了用晶体管换相线路用来代替直流有刷电机的碳刷的方法并申请的专利，这标致了无刷直流电机的出现。但这只是无刷电机的雏形，1962年，T.G.Wilson 和P.H.Trickey提出“固态换相直流电机”专利，这才标志着无刷直流电动机的真正诞生。其实无刷直流电机的思想早在1917年就已经出现了，当时主要是由Bolgior提出的，他当时提出用整流管代替提直流有刷电机的机械刷，这就是无刷直流电机的基本思想。

无刷直流电机的真正应用主要是在上世纪60年代，因为无刷直流电机主要是取决于电子技术的发展，在上个世纪六十年代以后电子技术飞速的发展直接决定了无刷直流电机的广泛应用。无刷直流电机最先的应用是在航空技术中，这主要得益于无刷直流电机的高可靠性。

相比较其他电机无刷直流电机的主要特点有：

1、重量轻、体积小、出力大；

2、具有直流无刷电机的优点，同时又取消了机械刷和滑环等结构；

3、调速比较简单；

4、可以低速大功率运行，这样就省去了减速机直接要驱动大功率的负载；

5、启动电流小，启动转矩大；

6、调速的范围广，无级调速，过载能力比较强；

7、可以用软件启动和软件停止，制动性能比较好，省去了机械制动或者电磁制动的装置；

8、效率高，由于无刷直流电机没有来了机械刷和励磁损耗，所以节电效率比较高；

9、可靠性高，稳定性好，维修保养比较简单，适应能力比较强；

10、噪音小，震动小，寿命长；

11、不会产生火花适合一些特殊场所；

从上面的分析我们可以看出来无刷直流电机相对于其他电机还是一种新型的电机，无刷直流电机的发展与电子技术的发展密不可分，所以我们深入研究无刷电机的控制方法有着非常重要的现实意义[2]。