直流无刷电机的控制系统设计方案
无刷直流电动机控制系统
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第一章直流无刷电机的工作原理71.根本工作原理72.无刷直流电动机的组成10第二章无刷直流电机的控制121.无刷直流电机的控制原理122.转子的控制143.速度的控制15第三章电机的反应151.电流测量152. RPM转速测量16第四章硬件设计161. 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错误!未定义书签。
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 CurrentMotor ,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。
无刷直流电动机具有上述的三高特性,非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性能价格比更好,是现代化调速驱动的最正确选择。
目前，在微小功率畴直流无刷电动机是开展较快的新型电机。
由于各个应用领域需要各自独特的直流无刷电动机，所以直流无刷电动机的类型较多。
大体上有计算机外存储器以及VCD、DVD、CD主轴驱动用扁平式无铁心电机构造，小型通风机用外转子电机构造，家电用多极磁场构造及装式构造，电动自行车用多极、外转子构造等等。
上述直流无刷电动机的电机本身和电路均成一体，使用十分方便，它的产量也非常大。
为了满足大批量、低本钱的市场需要，直流无刷电动机的生产必须要形成规模经济。
因此，直流无刷电动机是一种高投入、高产出的行业。
无刷直流电机控制系统设计与实现
无刷直流电机控制系统设计与实现一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效率、低噪音、长寿命等优点，在电动工具、航空航天、汽车电子、家用电器等多个领域得到了广泛应用。
然而，要实现无刷直流电机的高效、稳定运行，离不开先进且可靠的控制系统。
本文旨在对无刷直流电机控制系统的设计与实现进行深入探讨，分析控制策略、硬件构成和软件编程，并结合实例，详细阐述控制系统在实际应用中的表现与优化方向。
通过本文的研究，希望能够为相关领域的学者和工程师提供有价值的参考，推动无刷直流电机控制系统技术的进一步发展和应用。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器代替传统机械换向器的直流电机。
其基本工作原理与传统的直流电机相似，即利用磁场与电流之间的相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转。
但与传统直流电机不同的是，无刷直流电机在结构上取消了碳刷和换向器，采用电子换向技术，通过电子控制器对电机内部的绕组进行通电控制，从而实现电机的旋转。
无刷直流电机通常由定子、转子、电子控制器和位置传感器等部分组成。
定子由铁芯和绕组组成，负责产生磁场；转子则是由永磁体或电磁铁构成，负责在磁场中受力旋转。
电子控制器是无刷直流电机的核心部分，它根据位置传感器提供的转子位置信息，控制电机绕组的通电顺序和通电时间，从而实现电机的连续旋转。
位置传感器则负责检测转子的位置，为电子控制器提供反馈信号。
在无刷直流电机的工作过程中，当电机绕组通电时，会在定子中产生一个旋转磁场。
由于转子上的永磁体或电磁铁与定子磁场之间存在相互作用力，转子会在定子磁场的作用下开始旋转。
当转子旋转到一定位置时，位置传感器会向电子控制器发送信号，电子控制器根据接收到的信号控制电机绕组的通电顺序和通电时间，使定子磁场的方向发生变化，从而驱动转子继续旋转。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计
随着工业自动化及机械自动化的不断发展，无刷直流电机在电动控制中扮演着越来越重要的角色，其结构简单、调节性能好、噪音小、动力大，被广泛应用于变速调速、机械运动及位移控制等领域。
研究与设计一个简单且效果实用的无刷直流电机控制系统具有重要的现实意义。
首先，需要了解无刷直流电机的结构和原理，以及要控制的电机的类型、动力和控制环境，以便明确需要控制的参数，采用相应的控制方法与技术。
其次，构建控制系统结构，包括控制方式、控制器、控制环境和被控对象。
需要选择合适的控制方式，如模糊控制、PID（比例积分微分）控制或其他控制方式，选择正确的控制器，如处理器、交流传感器等；选择合适的控制环境，如上位机控制、模块化控制或单片机控制等；设计合适的传输接口，确保传感器与控制器的连接和信号传输；设计系统调整方式，可根据电机驱动控制需要使用模拟调整或数字调整。
最后，根据电机实际性能进行测试验证，完善无刷直流电机控制系统，以及编写系统操作使用说明文档，以此来推动电机控制系统对更多应用领域的延伸。
综上所述，构建一个完善的无刷直流电机控制系统需要考虑的因素有：了解电机结构及控制原理，构建控制系统的结构，选择实用的控制技术，设计传感器与控制器的接口，执行控制系统的调整，完善和验证系统，以及编写系统文档。
仅通过控制系统的理解与设计，不同应用领域中的无刷直流电机控制系统才能获得更好的控制效果。
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。
无刷直流电机控制系统设计
ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｌ ｏ ｏ ｐ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ｏ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ｐ ｒ ｉ ａ ｔ ｅ Ｐ Ｉ ａ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｅ ｔ ｉ ｃ ．
Ｐ ＷＭ 信 号 实现 电机 转 速 闭环 控 制 。 关键词 ： ｄ ｓ Ｐ Ｉ Ｃ３ Ｏ Ｆ ４ ０ １ １ ， 无刷 直 流 电机 ， Ｉ Ｍ１ ４ ４ ０ ０， 闭环 控 制
Ａｂ ｓ ｔ ａｃ ｔ Ｔ ｈｉ ｓ ｐ ａｐｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄｕｃ ｅ ｓ ａ ｂｒ ｕ ｓｈ ｔ ｅｓ ｓ ｄｉ ｒ ｅｃ ｔ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｔ ｏｒ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ ， ａ ｎ ｄ ｒ ｅａ ｌ ｉ ｌ Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ
ｃｏ ｎｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｂｒ ｕ ｓ ｈｌ ｅｓ ｓ ｄｉ ｒ ｅｃ ｔ ｃｕ ｒ ｒ ｅｎ ｔ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ， ｄｓ ＰＩ Ｃ３ ０Ｆ ４ ０１ １ ｍ ｉ ｃｒ ｏｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅｒ ， Ｉ Ｍ１ ４ ４０ ０ ｄｒ ｉ ｖ ｅ ｃｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ 。 ｅｔ ｃ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏｍ ｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｓ ａ ｃ ｑｕｉ ｓ ｉ 。 ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｈ ａｌ ｌ ｐ ｏｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｓ ｅ ｎｓ ｏｒ ｓｉ ｇｎ ａｌ ， ｏｕ ｔ ｐｕ ｔ ｏ ｆ ｍｏｔ ｏｒ ｃ ｏ ｍｍｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｇｎ ａ ｌ ｓ ， ｍｅ ａ ｓｕ ｒ ｅｍｅｎ ｔ ｏ ｆ ｍｏｔ ｏｒ Ｓ ｓ ｐｅｅ ｄａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｄｉ ｇｉ ｔ ａｌ Ｐ Ｗ Ｍ
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。
基于stm32的无刷直流电机控制系统设计
基于STM32的无刷直流电机控制系统设计随着现代工业技术的不断发展，无刷直流电机在各行各业中得到了广泛的应用。
无刷直流电机具有结构简单、效率高、寿命长等优点，因此在工业控制系统中得到了广泛的应用。
为了更好地满足工业生产的需求，研发出一套基于STM32的无刷直流电机控制系统，对于提高工业生产效率、减少人力成本具有非常重要的意义。
1. 系统设计需求1.1 电机控制需求电机控制系统需要能够实现对无刷直流电机的启动、停止、加速、减速等控制功能，以满足不同工业生产环境下的需求。
1.2 控制精度要求控制系统需要具有较高的控制精度，能够实现对电机的精确控制，提高生产效率。
1.3 系统稳定性和可靠性系统需要具有良好的稳定性和可靠性，确保在长时间运行的情况下能够正常工作，减少故障率。
1.4 节能环保控制系统需要具有节能环保的特点，能够有效降低能耗，减少对环境的影响。
2. 系统设计方案2.1 选用STM32微控制器选用STM32系列微控制器作为控制系统的核心，STM32系列微控制器具有性能强大、低功耗、丰富的外设接口等优点，能够满足对控制系统的各项要求。
2.2 传感器选型选用合适的传感器对电机运行状态进行监测，以实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和可靠性。
2.3 驱动电路设计设计合适的驱动电路，能够实现对无刷直流电机的启动、停止、加速、减速等控制，并且具有较高的控制精度。
2.4 控制算法设计设计优化的控制算法，能够实现对电机的精确控制，提高控制系统的稳定性和可靠性，同时具有节能环保的特点。
3. 系统实现与测试3.1 硬件设计按照系统设计方案，完成硬件设计，并且进行相应的电路仿真和验证。
3.2 软件设计编写控制系统的软件程序，包括控制算法实现、传感器数据采集和处理、驱动电路控制等方面。
3.3 系统测试对设计好的控制系统进行各项功能测试，包括启动、停止、加速、减速等控制功能的测试，以及系统稳定性和可靠性的测试。
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AbstractBrushless 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 01.1 研究背景及意义 01.2 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。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计随着技术的不断发展，无刷直流电机（BLDC）在许多领域的应用越来越广泛。
相比有刷直流电机，无刷直流电机具有更高的效率和更长的使用寿命。
因此，设计一种高效、稳定、可靠的无刷直流电机控制系统至关重要。
本文将介绍无刷直流电机控制系统的设计思路和实现方法。
关键词：无刷直流电机、控制系统、系统架构、电路设计、软件设计。
无刷直流电机控制系统主要由电机、驱动器、传感器和控制器等组成。
电机是系统的核心，其性能直接影响整个系统的表现。
驱动器的作用是驱动电机运转，同时需要满足系统的动态性能和稳定性要求。
传感器主要用于反馈电机的位置和速度信息，以便控制器可以精确地控制电机。
控制器是无刷直流电机控制系统的核心，它负责处理传感器反馈的信息，并输出控制信号来控制电机的运转。
系统架构方面，无刷直流电机控制系统可以采用基于数字信号处理（DSP）或微控制单元（MCU）的方案。
数字信号处理（DSP）具有运算能力强、速度快的优点，但价格较高。
微控制单元（MCU）具有价格低、易于编程的优势，但运算能力较弱。
在电路设计方面，主要需要考虑功率电路、控制电路和传感器的接口。
功率电路需要满足电机的功率需求，同时需要考虑到过流、过压等保护措施。
控制电路需要实现控制算法的硬件实现，同时需要提供必要的接口与上位控制器进行通信。
传感器的接口需要满足不同传感器的数据采集需求，并需要处理好信号的同步和传输问题。
在软件设计方面，无刷直流电机控制系统需要实现控制算法的软件实现。
一般而言，控制算法可以采用PID（比例-积分-微分）控制算法或模糊控制算法等。
PID控制算法是一种线性控制算法，通过调整比例、积分和微分三个参数，可以实现对电机的精确控制。
模糊控制算法则是一种非线性控制算法，它通过模糊逻辑和规则实现对电机的控制，具有适应性强、鲁棒性好的优点。
为了验证无刷直流电机控制系统的稳定性和有效性，我们进行了一系列实验。
实验结果表明，该系统可以在不同负载和不同转速下稳定运行，并且电机的位置和速度可以精确地被控制。
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永磁无刷直流电机控制系统设计一、引言永磁无刷直流电机（Permanent Magnet Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种新型的电动机，具有结构简单、运行可靠、效率高等优点，在工业、交通、家电等领域得到广泛应用。
为了实现对BLDC电机的精确控制，设计一个高效稳定的控制系统成为必要之举。
本文将分析和论述永磁无刷直流电机控制系统设计的一些关键要素和方法。
二、永磁无刷直流电机基本原理BLDC电机是通过控制电流通与断，使电机的一组定子绕组提供恒定的磁场，从而推动转子转动的一种电动机。
根据转子上磁极的个数，可以分为两极、四极、六极等型号的BLDC电机。
当定子绕组中的三个相位依次通断电流时，电机能够顺利运转。
三、BLDC电机控制系统设计要素1. 传感器信号获取为了控制BLDC电机的运行，需要获取电机运行状态的反馈信号。
常用的传感器有霍尔效应传感器和位置传感器。
霍尔效应传感器可以感知电机转子磁场的变化，提供转子位置的信息。
位置传感器则提供更加精确的转子位置反馈，用以计算电机的转速和角度。
2. 电机控制算法在BLDC电机控制系统中，常用的控制算法有直接转矩控制（Direct Torque Control，简称DTC）和磁场定向控制（Field Oriented Control，简称FOC）等。
DTC算法通过对电流和磁通矢量进行控制，能够在实时动态调整电机的转矩和速度。
FOC算法则是通过调整控制电流的矢量方向，实现对电机转矩和速度的精确控制。
3. 电机驱动器选型电机驱动器是BLDC电机控制系统中的一个重要组成部分，其功能是将控制信号转化为实际电机转子的驱动电流。
在选择电机驱动器时，要考虑电机的功率、电压范围、控制接口等因素。
常见的驱动器类型有电流型和电压型两种，根据电机的实际需求进行选择。
四、永磁无刷直流电机控制系统设计方法1. 系统硬件搭建首先需要根据电机的参数和要求，选取合适的传感器和驱动器，并进行硬件搭建。
基于STC单片机无刷直流电机控制系统的设计
基于STC单片机无刷直流电机控制系统的设计本文将介绍基于STC单片机的无刷直流电机控制系统的设计。
无刷直流电机具有高效率、低噪音、长寿命等优点，在工业自动化、家用电器等领域得到广泛应用。
本设计采用了STC12C5A60S2单片机，通过PWM控制器实现了对无刷直流电机的速度和转向控制。
一、硬件设计1.主控芯片：STC12C5A60S2单片机STC12C5A60S2是一款高性能8位单片机，具有强大的计算能力和丰富的外设资源。
它具有多个定时器/计数器、多路ADC、UART等功能模块，适合于各种应用场合。
在本设计中，该芯片作为主控芯片，负责实现对无刷直流电机的速度和转向控制。
2.驱动模块：L298NL298N是一款双全桥驱动芯片，可实现对直流电机或步进电机的驱动。
它具有较高的输出功率和较低的内部电阻，适合于需要大功率输出的应用场合。
在本设计中，L298N作为无刷直流电机驱动模块，负责将主控芯片输出的PWM信号转化为电机驱动信号。
3.无刷直流电机无刷直流电机具有高效率、低噪音、长寿命等优点，在各种应用场合得到广泛应用。
在本设计中，选择了一款12V、2000rpm的无刷直流电机，作为实验对象。
4.其他元件除上述元件外，还需要使用一些电容、电阻、二极管等元件，以及连接线、面包板等辅助材料。
二、软件设计1.系统框图本设计采用了STC12C5A60S2单片机，通过PWM控制器实现了对无刷直流电机的速度和转向控制。
系统框图如下所示：2.程序流程(1) 初始化各个模块：包括IO口初始化、定时器/计数器初始化等。
(2) 设置PWM占空比：通过改变PWM占空比来实现对电机的速度控制。
(3) 改变输出口状态：根据需要改变输出口状态，实现正反转控制。
(4) 延时：为了保证电机能够正常工作，需要进行适当的延时操作。
(5) 循环执行上述步骤：不断地改变PWM占空比和输出口状态，以实现对电机的控制。
三、实验结果本设计的实验结果表明，采用STC单片机控制无刷直流电机，可以实现精确的速度和转向控制。
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直流无刷电机（BLDC）是一种能够提供高效可靠的电动机驱动方案的电机。
它具有高效率、高功率密度、长寿命和低噪音等特点，广泛应用于工业、汽车和消费电子等领域。
在这篇文章中，我们将探讨直流无刷电机控制系统的设计方案。
一、控制器选择选择合适的控制器对于直流无刷电机的性能至关重要。
常见的控制器包括传感器基本反馈控制器和无位置传感器矢量反馈控制器。
1.传感器基本反馈控制器：传感器基本反馈控制器通过对电机速度和位置的测量反馈来控制电机。
它具有简单的硬件结构和易于实现的特点，适用于对控制精度要求不高和成本要求较低的应用。
2.无位置传感器矢量反馈控制器：无位置传感器矢量反馈控制器通过使用电流、电压和速度等参数来估计电机的位置和速度，从而进行闭环控制。
它能够提供更高的控制精度和动态性能，适用于对控制精度要求较高的应用。
二、传感器选择1.霍尔传感器：霍尔传感器通过检测电机转子上的永磁体磁场变化来确定电机的位置。
它具有结构简单、成本低和使用方便等优点，适合于低成本和低精度的应用。
2.编码器：编码器通过检测电机转子的机械运动，如转子的转速和位置来确定电机的位置。
它具有较高的精度和抗干扰能力，适用于对控制精度要求较高的应用。
3.霍尔传感器与编码器混合使用：为了兼顾成本和精度要求，可以采用霍尔传感器与编码器混合使用的方式进行控制。
霍尔传感器用于测量电机的粗位置信息，编码器用于提供更精确的位置和速度信息。
三、控制策略选择1.电流控制：电流控制是直接控制电机的电流大小和方向，从而控制电机的转矩。
它具有快速响应和较高的控制精度等优点，适用于对控制精度要求较高的应用。
2.速度控制：速度控制是通过控制电机输入电压或电流的大小来控制电机的转速。
它具有稳定性好、抗负载扰动能力强等优点，适用于需要稳定转速的应用。
3.位置控制：位置控制是通过控制电机输入电压或电流的大小来控制电机的位置。
它具有控制精度高、抗负载扰动能力强等优点，适用于需要精确定位的应用。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统设计一、引言近年来，无刷直流电机由于其高效、低噪音和长寿命等特点，被广泛运用在各种领域，如电动汽车、无人机、工业机器人等。
无刷直流电机的控制系统是整个系统的核心，其设计的优劣直接影响到系统的性能和稳定性。
因此，对无刷直流电机控制系统的研究具有重要意义。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机是一种将交流电转换成直流电的电机，其工作原理和普通直流电机基本相同。
传统的直流电机是通过换向器将直流电源提供的直流电转换成交流电，再通过电刷与换向器进行配合，使得电机能够正常转动。
然而，无刷直流电机通过内部的传感器，能够实时检测转子位置，在合适的时机切换相序，从而实现电机的转动。
其与直流电机相比，具有结构简单、寿命长、噪音低等特点。
三、无刷直流电机控制系统的组成无刷直流电机控制系统主要由传感器、电机驱动器和控制算法三部分组成。
1. 传感器传感器主要用于检测转子位置和转速等信息，常见的传感器有霍尔传感器、编码器等。
通过传感器获得的信息可以提供给控制系统，以便实时控制电机的工作状态。
2. 电机驱动器电机驱动器作为控制系统的核心部件，主要用于控制电机的转速和方向。
电机驱动器通常由功率放大器和控制电路组成，通过接收控制信号，控制电机的运行。
3. 控制算法控制算法是无刷直流电机控制系统的关键，常见的控制算法有电流反馈控制、速度反馈控制和位置反馈控制等。
通过对传感器获得的信息进行处理和分析，控制算法能够准确地控制电机的运行状态，实现所需的功能。
四、无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统的设计需要考虑多个方面的因素，如控制精度、稳定性、响应速度等。
1. 选择合适的传感器传感器的选择直接影响到控制系统的精度和稳定性。
根据实际需求，选择适用的传感器，并进行合理的安装和校准。
2. 电机驱动器的设计电机驱动器需要根据电机的功率和转速等参数进行选择和设计。
选用合适的功率放大器和控制电路，确保电机能够正常工作，并满足系统的要求。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计随着电机技术的发展，无刷直流电机作为一种先进的电机，应用范围越来越广泛。
无刷直流电机主要包括有*程序控制器*和*无刷直流电机控制系统*。
它是一种以数字PID控制与现行控制器结合的电机控制系统，现行控制器可实现对无刷直流电机转速和功率的控制，数字PID控制可以解决转速精度和功率可靠性问题。
无刷直流电机控制系统的设计和分析首先应全面了解需要控制的电机的特性。
通过分析电机的数据，可以确定一些参数，如最大电流和转矩。
另外，根据不同的应用需要，还需要设置一些相应的参数，如转矩曲线、减速比、堵转电流、抱闸电流、最大转速、转矩常数等参数，使其适用于不同的应用场合。
无刷直流电机控制系统有三个重要组成部分：一是主控制器，二是无刷直流电机，三是电机驱动器。
主控制器的功能是实现对无刷直流电机的各种控制，如转速的控制、转矩控制和位置控制等；无刷直流电机的功能是转动负载；电机驱动器的功能是为无刷直流电机提供脉冲电源，以及将控制器发出的控制命令转换成电机可识别的控制信号。
无刷直流电机控制系统设计可分为三个部分：硬件设计、软件设计和电路设计。
硬件设计主要包括电机驱动器，控制器，以及无刷直流电机本身的设计。
软件设计要利用计算机的模拟系统，实现电机的数字化控制，实现PID算法和滤波等功能。
电路设计主要用于实现控制器与电机、电机驱动器之间的连接，以及输入输出控制电路的设计。
无刷直流电机控制系统设计不仅要根据电机特性，完善PID算法的参数设定，而且需要考虑各种应用环境的变化，如温度、湿度、变速等，来调节系统的总体参数，以保证系统的高效运行。
无刷直流电机控制系统的设计是一项复杂的工程，要全面考虑电机特性、控制算法、电路设计、环境因素等多种因素，并具有一定的灵活性和适应性，以便在各种应用环境中获得最佳效果。
通过完善的设计和分析，可以使无刷直流电机控制系统更加可靠、精确，为后续的应用提供可靠的保障。
无刷直流电动机控制系统设计
无刷直流电动机控制系统设计方案第1章概述 (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 (3)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 (6)1。
4.3 工作特性 (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 无刷直流电动机系统的组成 (10)2.2 无刷直流电动机控制系统设计方案 (12)2。
2.1 设计方案比较 (12)2。
2.2 无刷直流电动机控制系统组成框图 (13)第3章无刷直流电动机硬件设计 (15)3.1 逆变主电路设计 (15)3.1.1 功率开关主电路图 (15)3.1.2 逆变开关元件选择和计算 (15)3。
2 逆变开关管驱动电路设计 (17)3。
2.1 IR2110功能介绍 (17)3.2.2 自举电路原理 (19)3.3 单片机的选择 (20)3。
3.1 PIC单片机特点 (20)3.3。
2 PIC16F72单片机管脚排列及功能定义 (22)3.3.3 PIC16F72单片机的功能特性 (22)3。
3。
4 PWM信号在PIC单片机中的处理 (23)3.3.5 时钟电路 (23)3。
3.6 复位电路 (24)3。
4 人机接口电路 (24)3.4.1 转把和刹车 (24)3.4。
2 显示电路 (25)3.5 门阵列可编程器件GAL16V8 (27)3.5.1 GAL16V8图及引脚功能 (27)3.6 传感器选择 (28)3.7 周边保护电路 (30)3.7.1 电流采样及过电流保护 (30)3.7.2 LM358双运放大电路 (31)3.7.3 欠电压保护 (32)3。
8 电源电路 (32)第4章无刷直流电动机软件设计 (33)4。
1 直流无刷电机控制器程序的设计概况 (33)4.2 系统各部分功能在软件中的实现 (33)4.3 软件流程图 (34)结束语 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录1 (39)附录2 (51)第1章概述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 国外研究状况目前，国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。
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、MOSFETIGBT 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、DSR 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的重要研究容[2]。
1.3 课题设计的主要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容。
无刷直流电机控制系统设计
无刷直流电机控制系统设计随着科技的发展，越来越多的机械设备需要使用电机来驱动其运转。
而在众多电机中，无刷直流电机因为其高效、高精度、低功耗等优点而备受瞩目。
无刷直流电机的使用范围越来越广泛，从工业控制，到航模、改装等领域都可以见到无刷直流电机的身影。
本文将围绕无刷直流电机控制系统设计展开分析和探讨。
一、无刷电机的结构和工作原理无刷直流电机（Brushless DC motor）是一种将交流电转化为直流电供给电机使用的设备。
无刷电机的核心部分是转子和定子。
转子由永磁体构成，定子上则包覆着三个交替排布的电枢，能够使电流依次通过A、B、C三路，控制转子的运转。
工作原理是，当电流通过A电极的时候，将产生一个磁场，这个磁场是与转子上的永磁体相互作用的。
这样，便会使转子转动，那么电流经过B、C电极的时候，也是如此。
在三种电极依次通过电流之后，便完成了一次转子的旋转。
从工作原理上看，无刷直流电机控制主要就是控制三路电流，以便控制电机输出功率。
二、无刷电机控制模式1. 直流切换模式这种控制模式是将DC电压用硅控整流器进行整流后，施加到电机上的模式。
主要存在一个问题，就是每转过一定角度，电流就会进行交替。
这就需要对控制进行改进。
因此，直流切换模式下，最多只能适用于控制力矩较小的场合，如四轮小车、飞行器等。
2. 方波控制模式（交错控制模式）方波控制模式下，电机的控制通过利用切换模式中交替电流的配合，进行控制。
方波控制模式的特点是，控制方法简单易操作，是广泛使用的控制方式。
同时适用于各种正反转、调速等控制模式。
只不过转速误差较大，适用于中小功率的无刷电机。
3. 正弦波控制模式正弦波控制模式是通过推导正弦函数来进行控制。
这种控制方式非常适用于BEMF（反电势）功能模块。
当转子转动的时候，会产生“反电动势”（BEMF），这个反电动势正好可以反向控制电流。
所以使用正弦波控制模式的话，能够更加精确的掌控转速和力矩。
到这里，我们已经讲述了无刷电机的控制模式。
基于单片机的无刷直流电机控制系统设计毕业设计
基于单片机的无刷直流电机控制系统设计毕业设计一、引言哎呀，小伙伴们，今天我们来聊聊一个非常有趣的话题，那就是基于单片机的无刷直流电机控制系统设计毕业设计。
这个话题可是关系到我们的未来哦，所以大家一定要认真听讲，不要走神哦！让我们来简单了解一下什么是无刷直流电机。
哎呀，别看这个词挺高大上的，其实就是一种不用刷子的直流电机。
它的特点是效率高、噪音小、寿命长，所以在很多领域都有广泛的应用，比如电动车、空调、风扇等等。
那么，如何设计一个基于单片机的无刷直流电机控制系统呢？这可是一个相当复杂的问题。
不过没关系，我们会一步一步地来讲解，让大家轻松掌握这个技能。
二、单片机的基本知识我们要了解一些单片机的基本知识。
哎呀，单片机可不是什么神秘的东西，它就是一种集成了处理器、存储器和输入输出接口的微型计算机。
它的功能可强大了，可以控制各种外设，实现各种各样的功能。
现在市面上有很多种单片机，比如51系列、ARM系列、AVR系列等等。
它们的性能和价格都有所不同，我们要根据自己的需求来选择合适的单片机。
三、无刷直流电机的基本原理接下来，我们要了解无刷直流电机的基本原理。
哎呀，这个原理可不像我们平时看到的旋转木马那么简单哦。
无刷直流电机是由定子、转子和霍尔传感器组成的。
定子上有很多槽，转子上有永磁体。
当电流通过定子和转子时，就会产生磁场，从而使转子旋转。
霍尔传感器的作用是检测转子的位置，从而控制单片机的输出信号，实现对电机的控制。
四、基于单片机的无刷直流电机控制系统设计现在我们已经了解了单片机和无刷直流电机的基本知识，接下来我们就要开始设计我们的控制系统了。
哎呀，这个过程可是个大工程哦，需要我们分步骤来进行。
我们需要选择合适的单片机。
根据前面的介绍，我们可以选择51系列、ARM系列或AVR系列的单片机。
然后，我们需要编写程序来控制单片机的工作。
这个程序要包括初始化、定时器设置、PWM波形生成等功能。
接下来，我们需要连接电源、定子和转子。
无刷直流电机控制系统的设计(一)
目录1 引言 (1)1.1 无刷直流电机的发展概况 (2)1.2 无刷直流电机 (3)1.3 无刷直流电机的应用 (4)1.4 无刷直流电机的发展趋势 (5)1.5 本设计课题的任务和内容 (6)1.6 总结 (6)2 无刷直流电机控制系统的设计方案 (7)2.1 无刷直流电机控制系统的设计 (7)2.2 无刷直流电动机控制系统设计方案比较 (8)2.3 总结 (9)3 无刷直流电动机控制系统的硬件设计 (10)3.1 专用芯片的介绍 (10)3.3 开关电路 (19)3.4 稳压电路 (20)3.5 调速电路 (20)3.6 RC振荡电路 (21)3.7 过流保护 (21)3.8 总结 (22)4 传感器选择 (23)4 总结 (25)总结 .................................................. 错误！未定义书签。
结束语 ................................................ 错误！未定义书签。
致谢 (28)参考文献 (29)1 引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。
现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。
另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。
国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。
本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。
从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。
直流无刷电动机控制系统设计毕业设计 精品
天津职业技术师范大学本科生毕业设计直流无刷电动机控制系统设计Brushless dc motor control system design摘要当今社会，电动机的发展十分迅速，无刷直流电机是一种新型电机。
直流无刷电机主要由转子、定子和转子位置检测元件等组成,它具有结构简单、效率高、工作特性优良等特点,而且具有可靠性更高、制造维护更方便、应用范围更广泛、体积更小、控制更容易等优点。
因此对无刷直流电动机及其控制器研究具有很大意义。
本课题主要是根据直流无刷专用控制器MC33035与MC33039相结合，通过融合电路设计速度闭环电路的控制系统。
首先，以直流无刷电动机控制器的研究现状为出发点，对直流无刷电动机的原理及结构进行了总述，详细分析了直流无刷电机的运行特性，推导出了其传递函数，并且创立了直流无刷电动机的数学模型。
讲述了本系统的总体设计方法和思路，建立了系统的总体框架，然后介绍了主电路设计、控制器外围电路设计以及MOSFET驱动电路设计，其中重点讲述了系统各个功能模块的工作原理和作用，以及其硬件设备设计和实现。
在课题的最后阶段对直流无刷电机系统控制效果专门进行了实验数据分析，并且对总体的设计过程做出了总结。
关键词：直流无刷电动机；开闭环电路；双闭环调速；MOSFET驱动ABSTRACTNowadays society，motor has spread all areas of national economy and People's Daily life, and the Brushless DC motor, as a new mechanical and electrical integration, is rapidly matured in recent years. The motor consists of the stator, rotor and rotor position detection devices etc. In the absence of excitation device, it takes advantage of high efficiency, simple structure and excellent features, what’s more, it is smaller, more reliable, easier to control and more convenient to maintain and manufacture, and it has more extensive application scope. All the advantages mentioned above make the brushless motors and their control device of great significance. This design is mainly produced by ON Semiconductor MC33035 and MC33039 design of the closed-loop brushless motor speed controller.First, this paper starts from the current research situation of brushless DC motor controller. The structure of the brushless DC motor and principle are reviewed to establish a mathematical model of brushless DC motor, and a detailed analysis of the operational characteristics of the motor is derived out of its transfer function. This part describes the overall design of this system and establishes the overall framework of the system. Then, the paper introduces the main circuit design, MOSFET driver circuit design and controller peripherals circuit design, including emphatically expounds the functional modules of the system and its working principle and hardware design and realization. Finally, there is a experimental data analysis on the effects of this system control, and a summary of the design process.Key Words：the brushless DC motor；Hall signal detection；double-loop speed regulation；mosfet driver目录1 概述 (1)1.1课题背景与研究意义 (1)1.2无刷直流电动机的发展概况 (1)1.3本文的主要研究内容 (2)2 直流无刷电动机结构特点及基本工作原理 (3)2.1直流无刷电动机的基本结构 (3)2.2无刷直流电动机的运行特性 (5)2.2.1 机械特性 (5)2.2.2 调节特性 (6)2.2.3 工作特性 (7)2.3 无刷直流电动机的应用与研究动向 (8)2.4小结 (9)3 直流无刷电动机控制系统的整体方案设计 (10)3.1系统总体设计方案 (10)3.2主电路的设计 (11)3.3 MOSFET的驱动电路设计 (12)3.3 .1驱动电路分类 (13)3.3.2高端功率MOSFET驱动电路 (14)3.4控制单元设计 (17)3.4.1 MC33035无刷直流电动机控制器集成电路简介 (18)3.4.2电流检测模块设计 (22)3.4.3速度闭环设计 (23)3.4.4误差放大器设计 (24)3.4.5振荡器设计 (24)3.5控制器的开环电路设计 (25)3.6控制器的闭环电路设计 (26)3.7 小结 (27)4 本文总结 (28)参考文献 (29)附录1：系统电路图 (30)附录2：简易速度闭环电路 (31)附录3 (32)致谢 (39)1 概述1.1课题背景与研究意义直流电机具有线性机械特性优秀、起动转矩较大、调速范围宽、控制电路结构简单等优点。
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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 国外研究状况目前，国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。
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的重要研究容[2]。
1.3 课题设计的主要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容。
（2）直流无刷电机的转子位置检测技术，我选用最常用的反电势检测技术，本文分析了反电势法的原理，并设计了反电势的硬件实电路，进行了焊接与调试。
（3）由于无刷直流电机在静止或者转速很低的时候，其产生的反电势为零或者很小很不容易检测到，因此直流无刷电机的启动是一个难点。
（4）分析了速度换的单闭环控制策略，并用matlab guide设计了上位机界面来实现PID参数的实时整定。
（5）在确定无刷直流电机控制系统的硬件总体方案时，经过对比选择STM32芯片，选智能功率模块FSBB30CH60C为驱动芯片，并设计了无刷直流电机控制驱动电路、反电势转子位置检测电路及电流电压采样电路等。
（6）最后对整套控制系统进行了实验调试，包括软、硬件的调试，并对调试结果进行了分析。
2 系统设计目标和设计方案2.1系统设计目标直流无刷电机因为调试性能好、低噪声、体积小、控制灵活、高效率、散热性能好、寿命长等一系列的优点，本课题设计目标如下：（1）能够驱动直流无刷电机的运转并有电路保护以免器件烧坏。
（2）能够实时准确的检测到直流无刷电机转子的位置。
（3）能够实现对电机启动和停止的控制。
（4）能够通过滑动变阻器来实现直流无刷电机的无极调速。
（5）电路具有电流、电压保护，以免对电路产生不良影响。
2.2控制系统结构总体框图的设计直流无刷无感电机的控制系统能够实现的主要功能：能够准确实时的检测到无刷直流电机转子的位置、能够用三段式技术使电机能够很好的启动、PID调节技术、速度环的控制、电压保护、电流保护等主要关键的控制技术。
电机调速原理框图如下图1所示。
图1 电机调速原理框图2.3硬件系统方案论证为了能够实现无刷直流电机的可靠运转、无极调速等一系列的优点，需要选择合适的元器件来满足本课题设计的需求。
2.3.1 控制器芯片选型对直流无刷电机控制所用微处理器的选型要重点考虑以下几个方面：（1）微处理器的运行频率和运算速度得满足控制系统要求（2）微处理器片资源是否足够，主要是I/O口的数量和电平兼容性、A/D路数及位数。
（3）微处理器的体积、工作温度等是否满足系统要求。
（4）微处理器的可靠性、生产厂商、数量和价格、上市时间等因素也需要考虑，这关系到产品的后续更新换代，以及采用该处理器开发的难易程度。
基于ARM Corte-M3核32位单片机STM32，时钟频率最大可达72MHZ，在数字处理上经过了优化，所以本设计选用STM32F103ZET6单片机。
2.3.2 无刷直流电机的选型在选用直流无刷电机的时候，必须根据它的参数来判断其驱动电路，无刷电机的参数如表1所示：表1 无刷直流电机的参数外转无刷电机KV 最大效率电流无负载流/10v最大电流最大效率y轴径（mm）重量电阻尺寸（mm）A2212/13 KV1000 4~10A 0.5A 12A/60s 80% 3.17 47g 90mΩ27.5*30 新西达无刷电机/2212KV1000 如图2。
图2 直流无刷电机2.3.3驱动电路的选型智能功率模块选择的是FSBB30CH60C，它把驱动电路和开关电路集成在了一起，部有欠压、过压、过流故障检测电路，CPU可以进行实时的检测。
还包括三个HVIC、一个LVIC(门极驱动低压集成电路)、六个先进技术的IGBT、六个FRD。
智能功率模块的元器件图如图3所示。
图3 智能功率模块2.3.4位置检测器件选型反电势过零点检测原理是模拟中性点和端电压的值相等得到，由STM32端口和连接霍尔传感器接口的关系，需用三路比较电路，LM339N由四路比较电路组成，可选用LM339N 比较电路实现。
LM339N部框图如图4所示：图4 比较器LM339N3控制系统的工作原理和硬件设计3.1直流无刷电机的工作原理本设计选用的电机类型为三相星型连接。
控制器产生六路PWM波控制驱动电路，位置检测用的反电势过零点技术。
工作原理如图5所示。
图5 直流电机工作原理图在图5中，当转子顺时针转到（a）时，反电势过零信号延时30°电角度后，输出的信号送往单片机，单片机输出信号让T1、T6 导通。
这时电流从电源正极流出，经T1流往A相绕组，再由B相绕组流出，经T6回到电源的负极，此时由于定子和转子磁场的相互作用，使电机的转子顺时针转动。
当转子转过60电角度，即到（b）时，反电势过零信号延时30°电角度后，输出的信号送往单片机，单片机让T1、T2导通，这时电流从电源的正极流出，经T1流往A相绕组，再由C相绕组流出，经T2回到电源负极。
此时由于定子和转子磁场的相互作用，使电机的转子继续顺时针转动。
同样按照这个方式，电机可以顺利的转动起来。
电机有六种磁状态，每种状态导通120度，每次由两相导通，无刷电机就是两相导通星型三相六状态的工作方式[3]。
3.2无刷电机的反电势法位置检测原理观察转子位置和反电势之间的关系如图6所示，转子状态由a)变为b)过程中反电势波形和转子位置之间的关系，反电势波形为B相绕组的反电势，当转子由a）初始状态转过30°电角度时，转子的磁场方向正好和B相绕组轴线重合，不切割B相绕组导线，此时B相绕组的反电势正好为零。
由图可知，由b)到c)要进行换相动作，因此可利用反电势过零点确定转子的位置，进而控制电机的换相，这就是直流无刷无感电机反电势检测及控制换相的原理[4]。
图6 电机反电势位置检测图3.3电源模块由于STM32F103所需供电电压是3.3V，图7是把5V转换成3.3V电压的电路。
图7 STM32103的供电电源3.4 MCU控制模块MCU主控电路是整个无刷直流电机控制系统的控制中心，负责控制逆变器六个桥臂的通断、采集电压、采集电流、检测直流无刷无感电机的位置（电机的反电势检测）、PID的运算、无刷直流电机启动的控制、JTAG调试下载等。
STM32最小系统由STM32F103芯片、复位电路、晶振电路和JTAG接口电路组成（1）STM32F103芯片电路如图8所示：图8 STM32芯片（2）复位电路和晶振电路STM32有两个外部晶振电路和两个部晶振电路。
两个部晶振电路需要程序配置编程即可，但外部的晶振电路需要晶振电路元器件搭建而成。
如图所示的32.768K和8M 的晶振电路。
晶振和复位电路如图9所示。
图9 晶振和复位电路（3）JTAG接口电路JTAG接口电路实现了程序下载及程序的在线调试仿真，使用它可以方便调试程序，缩短了开发周期。
由于STM32F103ZET6的JTAG输入引脚部嵌入了上拉或下拉电阻，因而可以直接连接电路到芯片相应引脚。
JTAG接口电路如图10所示。
图10 JTAG 接口电路（4）USB接口电路这里的USB单纯的是供电用的。
如图11所示：图11 USB接口电路3.5 IPM功率模块（1）MUC-IPM驱动信号接口电路FSBB30CH60C置HVIC，无需光耦就可以用MCU驱动IPM的六个桥臂。
STM32的高级定时器TIM1功能强大，利用COM事件控制产生6路H_PWM_L_PWM的换相。
这6个控制桥臂引脚要和STM32的PE8、PE9、PE10、PE11、PE12、PE13、PE15相连。
驱动信号接口电路如图12所示。
图12 MUC-IPM驱动信号接口电路（2）短路电流保护电路IPM具有置短路电流保护的功能，要在芯片引脚Csc上外加一个分流电阻。
IPM 检测Csc管脚的电压，当电压超过模块指定的Vsc（0.5V）时，IPM产生一个故障信号IPM通过电阻R16来检测N恻电流环节的线路电流，这里设定瞬时电流保护值为30A，检测电阻R16选取阻值为10mΩ，功率为10W的无感电阻。
R32、C40构成滤波电路。
另外检测电阻R16需要并联一个小电容，作用是消除上电瞬时大电流导致的电流保护误动作。
（3）故障输出报警电路C38为0.22uf的高频无感电容，作用是防止浪涌电流破坏，Vof是IPM故障输出报警引脚。
TIM1_BKIN引脚是刹车功能引脚，和此处的Vfo引脚相连，在IPM出现故障时通过此脚输出低电平到STM32,配合TIM1刹车功能可以实现系统保护功能。
所加的电容C18是用来消除噪声干扰，确保出现故障时及时报警。
故障输出信号脉宽是有引脚Cfod的外接电容C24决定的，具体计算公式是t=C24/()，这里通常选取C24为33nF,此时t=1.8ms。
3.6反电势位置检测模块反电势位置检测电路如图13所示。
这里选用响应时间为1.3us的LM339芯片。
定子三相绕组端电压A、B、C经滤波和分压电路，送到比较器LM339N的输入端，与参考电压比较，获得各相反电势的过零点。
反电势过零点延时30°电角度后的信号用于电机的换相，进而去控制电机的转动。