無刷直流電機控制系統(tǒng)的設計

1、學號：1008421057 本科畢業(yè)論文（設計）(2014屆)直流無刷電機控制系統(tǒng)的設計 院 系 電子信息工程學院 專 業(yè) 電子信息工程 姓 名 胡杰 指導教師 陸俊峰 陳兵兵 高 工 助 教 2014年4月合肥師范學院2014屆本科畢業(yè)論文（設計）摘 要無刷直流電機的基礎是有刷直流電機，無刷直流電機是在其基礎上發(fā)展起來的?，F在無刷直流電機在各種傳動應用中雖然還不是主導地位，但是無刷直流電機已經受到了很大的關注。自上世紀以來，人們的生活水平在不斷地提高，人們在辦公、工業(yè)、生產、電器等領域設備中越來越趨于小型化、智能化、高效率化，而作為所有領域的執(zhí)行設備電機也在不斷地發(fā)展，人們對電機的要求也在不

2、斷地改變?，F階段的電機的要求是高效率、高速度、高精度等，由此無刷直流電機的應用也在隨著人們的要求的轉變而不斷地迅速的增長。本系統(tǒng)的設計主要是通過一個控制系統(tǒng)來驅動無刷直流電機，主要以DSPIC30F2010芯片作為主控芯片，通過控制電路采集電機反饋的霍爾信號和比較電平然后通過編程的方式來控制直流無刷電機的速度和啟動停止。關鍵詞：控制系統(tǒng)；DSPIC30F2010芯片；無刷直流電機IAbstractBrushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis

3、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, elec

4、trical 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 effi

5、ciency, 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

6、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 錄摘 要IAbstractII目 錄III1 引言11.1 研究背景及意義11.2 國內外研究現狀21.3 設計任務與要

7、求22 基本理論22.1 無刷直流電機的結構以及基本原理22.2 無刷直流電機的運行特性52.3 無刷直流電機的應用63 直流無刷直流電機控制系統(tǒng)的設計73.1 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成部分73.2 無刷直流電機控制系統(tǒng)的設計84 直流無刷電機的電路設計94.1 開關電路的設計94.2 保護電路的設計94.3 驅動電路的設計104.4 反饋電路的設計104.5 電源電路的設計115 直流無刷電機控制系統(tǒng)的軟件設計115.1 系統(tǒng)功能的實現115.2 軟件流程圖126 實物成果及展望13致謝15參考文獻15附錄18III 1 引言近年來隨著微電子技術自動控制技術和新型永磁材料的發(fā)展，無刷直流電機

8、的應用越來越廣泛。他已經在各個領域中被應用，如軍事領域、家用電器領域、工業(yè)領域等等。1.1 研究背景及意義有刷電機出現的比較早，大約在上世紀40年代以來就已經占據了整個領域市場的主要地位因為他的一系列優(yōu)點，如價格低、可靠性好、變速平穩(wěn)等等優(yōu)點，但是它有一個致命的弱點就是它的碳刷容易磨損而且非常不容易更換，而且他的運行電流比較大這樣就比較容易降低電機的壽命1。為了有效的克服其弱點科學家進行了大量研究，終于在1955年美國科學家D.Harrison發(fā)現了用晶體管換相線路用來代替直流有刷電機的碳刷的方法并申請的專利，這標致了無刷直流電機的出現。但這只是無刷電機的雛形，1962年，T.G.Wilson

9、和P.H.Trickey提出“固態(tài)換相直流電機”專利，這才標志著無刷直流電動機的真正誕生。其實無刷直流電機的思想早在1917年就已經出現了，當時主要是由Bolgior提出的，他當時提出用整流管代替提直流有刷電機的機械刷，這就是無刷直流電機的基本思想。無刷直流電機的真正應用主要是在上世紀60年代，因為無刷直流電機主要是取決于電子技術的發(fā)展，在上個世紀六十年代以后電子技術飛速的發(fā)展直接決定了無刷直流電機的廣泛應用。無刷直流電機最先的應用是在航空技術中，這主要得益于無刷直流電機的高可靠性。相比較其他電機無刷直流電機的主要特點有：1、重量輕、體積小、出力大；2、具有直流無刷電機的優(yōu)點，同時又取消了機械

10、刷和滑環(huán)等結構； 3、調速比較簡單； 4、可以低速大功率運行，這樣就省去了減速機直接要驅動大功率的負載； 5、啟動電流小，啟動轉矩大； 6、調速的范圍廣，無級調速，過載能力比較強； 7、可以用軟件啟動和軟件停止，制動性能比較好，省去了機械制動或者電磁制動的裝置； 8、效率高，由于無刷直流電機沒有來了機械刷和勵磁損耗，所以節(jié)電效率比較高；9、可靠性高，穩(wěn)定性好，維修保養(yǎng)比較簡單，適應能力比較強；10、噪音小，震動小，壽命長； 11、不會產生火花適合一些特殊場所；從上面的分析我們可以看出來無刷直流電機相對于其他電機還是一種新型的電機，無刷直流電機的發(fā)展與電子技術的發(fā)展密不可分，所以我們深入研究無刷

11、電機的控制方法有著非常重要的現實意義2。1.2 國內外研究現狀我國對無刷直流電機的研究比較早而我們國內的研究則起步比較晚，近三十年來針對異步電動機變頻調速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉矩的方法，稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉速誤差小等特點在調速領域顯現優(yōu)勢。 無刷直流電機因為具有直流有刷電機的特性，同時也是頻率變化的裝置,所以又名直流變頻,國際通用名詞為BLDC.無刷直流電機的運轉效率，低速轉矩，轉速精度等都比任何控制技術的變頻器還要好，所以值得業(yè)界關注.本產品已經生產超過55kW，可設計到400kW,可以解決產業(yè)界節(jié)電與高性能驅動的需求。 無刷直流電機

12、在我國的發(fā)展時間較短，我國的無刷直流電機主要起步于上世紀七十年代初，當時研制主要是為了我國的某些科研單位的需求，但是經過了四十年的發(fā)展隨著技術的日益成熟與完善無刷直流電機得到了迅猛發(fā)展。已在高級電子設備、機器人、航空航天技術、數控裝置、醫(yī)療器械、家用電器、電動車等多個領域得到廣泛應用，并在深圳、長沙、上海等地形成初具規(guī)模產業(yè)鏈，在技術上不斷推進行業(yè)的發(fā)展。1.3 設計任務與要求1、設計任務利用DSPIC芯片制作一個控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的主要功能是控制無刷直流電機的有效運作，包括調速等；用專業(yè)軟件繪制控制系統(tǒng)的PCB，以及熟練掌握相關專業(yè)軟件；焊接PCB以及寫入程序。2、設計要求要能夠完整的實現

13、其功能調速、復位、停止；盡可能的降低成本；電路要具有過流保護作用；直流無刷電機的功率為60w，要使電路能夠有效負載。2 基本理論 無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。 無刷電機是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，又稱無換向器電機，它相比較于傳統(tǒng)的有刷電機結構比較復雜3。2.1 無刷直流電機的結構以及基本原理BLDC 屬于同步電機的一種，這就意味著它的定子產生的磁場和轉子產生的磁場是同頻率的，所以BLDC 并不會產生普通感應電機的頻差現象。BLDC中又有單相、2相和3相電機的區(qū)別，相類型的不同決定其定子線圈繞組的多少。在這里我們將集中討論的是應用最為廣泛的3相 B

14、LDC。 BLDC定子是由許多硅鋼片經過疊壓和軸向沖壓而成，每個沖槽內都有一定的線圈組成了繞組，可以參見圖 2-1。從傳統(tǒng)意義上講，BLDC的定子和感應電機的定子有點類似，不過在定子繞組的分布上有一定的差別。大多數的BLDC定子有3個呈星行排列的繞組，每個繞組又由許多內部結合的鋼片按照一定的方式組成，偶數個繞組分布在定子的周圍組成了偶數個磁極。BLDC的定子繞組可以分為梯形和正弦兩種繞組4，它們的根本區(qū)別在于由于繞組的不同連接方式使它們產生的反電動勢不同，分別呈現梯形和正弦波形，故用此命名了。另外還需要對反電動勢的一點說明就是繞組的不同其相電流也是呈現梯形和正弦波形，可想而知正弦繞組由于波形平

15、滑所以運行起來相對梯形繞組來說就更平穩(wěn)一些5。但是，正弦型繞組由于有更多繞組使得其在銅線的使用上就相對梯形繞組要多。平時由于應用電壓的不同，我們可以根據需要選擇不同電壓范圍的無刷電機。 48V 及其以下應用電壓的電機可以用在汽車、機器人、小型機械臂等方面。100V 及其以上電壓范圍的電機可以用在專用器具、自動控制以及工業(yè)生產領域。 其原理圖見圖2-1。其中1為定子，2為轉子。 圖2-1 電磁式位置傳感器原理圖轉子是2至8對永磁體按照N極和S極交替排列在轉子周圍構成的（內轉子型），如果是外轉子型BLDC那么就是貼在轉子內壁，如圖2-2所示。 圖2-2 轉子類型與有刷直流電機不同，無刷直流電機使用

16、電子方式換向。要使 BLDC 轉起來，必須要按照一定的順序給定子通電， 那么我們就需要知道轉子的位置以便按照通電次序給相應的定子線圈通電。 定子的位置是由嵌入到定子的霍爾傳感器感知的。 通常會安排3個霍爾傳感器在轉子的旋轉路徑周圍。無論何時，只要轉子的磁極掠過霍爾元件時，根據轉子當前磁極的極性霍爾元件會輸出對應的高或低電平，這樣只要根據3個霍爾元件產生的電平的時序就可以判斷當前轉子的位置，并相應的對定子繞組進行通電。 霍爾效應：當通電導體處于磁場中，由于磁場的作用力使得導體內的電荷會向導體的一側聚集，當薄平板通電導體處于磁場中時這種效應更為明顯，這樣一側聚集了電荷的導體會抵消磁場的這種影響，由

17、于電荷在導體一側的聚集，從而使得導體兩側產生電壓，這種現象就稱為霍爾效應，E.H 霍爾在1879年發(fā)現了這一現象，故以此命名。 三相對稱星形接法是最常用的直流無刷電機的繞組方式，這種繞組方式中無刷直流電機的轉子上貼有永磁體體，而且在電機內部有位置傳感器，這樣做主要是為了檢測電機轉子的位置2。無刷直流電動機的原理簡圖如圖2-3所示。 圖2-3 原理簡圖 電機本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機轉子同軸，控制電路對位信號進行邏輯變換后產生控制信號，控制信號經過放大后會控制里邊器的開關，使電機的各相繞組按照設定的順序去工作。如圖2-4所示。其中T1、T2、T3、T4、T5、T6為開關電路的

18、的六個三極管。當在轉子到轉（順時針）到圖a所示的位置時，轉子位置會被位置傳感器傳輸出去，傳感器的輸出信號經過控制電路的輸出后經過相應的變化后驅動逆變器，使T1、T6 導通，這樣電源正極所流出的電流就會由T1然后流入到A相繞組，然后再由B相繞組流出，經過T6后回到電源的負極，在這個時候轉子會在的磁場相互作用下使電機順時針的轉動。在轉子轉過60度的時候，到達圖b的位置時，位置傳感器會檢測到轉子的位置，其將會輸出信號，信號經過控制電路輸出后經過相應的變化后驅動逆變器，使T1、T2導通，這樣電源正極所流出的電流就會由T1然后流入到A相繞組，然后再由C相繞組流出，經過T2后回到電源的負極，在這個時候轉子

19、就會在磁場相互作用下使電機繼續(xù)順時針的轉動，如圖2-4所示。圖2-4 轉子運行位置圖轉子在空間每轉過電角度，逆變器開關就發(fā)生一次切換，功率開關管的導通邏輯為T1、T6T1、T2T3、T2T3、T4T5、T4T5、T6T1、T6。在次期間，轉子始終受到順時針方向的電磁轉矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉。2.2 無刷直流電機的運行特性無刷直流電機的運行特性是指電機在起動、正常工作和調速等情況下，電機外部各可測物理量之間的關系。直流無刷電動機的機械特性： （2-1） 由2-4式可以看出有刷直流電機和無刷直流電機二者機械特性表達式一樣，機械特性曲線產生彎曲現象，是由于當轉矩較大，開關管管壓降Ut隨著電流增

20、大而增加較快，加在繞組上的電壓有所減小，使特性曲線偏離直線而向下彎曲。圖2-5 機械特性曲線其運行特性主調節(jié)特性的始動電壓U0和斜率K。 （2-2） （2-3）圖2-6 調節(jié)特性曲線從機械特性和調節(jié)特性可見，直流無刷電動機具有與有刷直流電動機一樣良好的控制性能，可以通過改變電壓實現無級調速6。2.3 無刷直流電機的應用無刷直流電機被廣泛應用在精密電子設備以及器械等方面中，如醫(yī)療器械、復印機、激光打印機、衛(wèi)星無刷直流電機、自動化以及航空航天等等；主要用來存放計算機外存設備中的各種信息數據。特別是用于硬盤驅動器的主軸電機，能懸浮于盤片上下兩側以高速驅動磁盤穩(wěn)定旋轉，這對無刷直流電動機零部件和裝配精

21、度提出了很高要求?？偟膩碚f，無刷直流電機具有以下三種用途：1、持續(xù)負載的應用：主要是需要一定轉速但是對轉速精度要求不高的領域，這類應用性價比較高且多為開環(huán)控制，如抽水機、空調、吹風機等。2、可變負載的應用：主要是轉速需要在某個范圍內變化的應用，對電機轉速特性和動態(tài)響應時間特性有更高的需求。如甩干機、壓縮機以及汽車工業(yè)領域中的發(fā)動機控制等，這類應用的系統(tǒng)成本相對更高些。3、定位的應用：大多數工業(yè)控制和自動控制方面的應用屬于這個類別，這類應用中往往會完成能量的輸送，所以對轉速的動態(tài)響應和轉矩有特別的要求，對控制器的要求也較高。測速時可能會用上光電和一些同步設備。過程控制、機械控制和運輸控制等很多都

22、屬于這類應用。實用性新型無刷電機是與數字技術、電子技術、自控技術、微電子技術、以及材料科學等發(fā)展緊密聯系的。它不僅應用于交直流領域，還涉及發(fā)電的能量轉換和信號傳感等領域。新型無刷電機的品種在電機領域中較多，但由于其價格的限制，還不能被廣泛的應用。3 直流無刷直流電機控制系統(tǒng)的設計無刷直流電動機是在有刷直流電動機的基礎上進行設計的，有所區(qū)別的是將直流電動機的定子、轉子的位置進行了相應的互換，其中的轉子是永磁結構，可以產生氣隙磁通；定子是電樞，有多相對稱繞組。原來的有刷直流電動機的電刷和機械換向器被無刷直流電動機中的逆變器和轉子位置檢測器所代替。由此可以看出無刷直流電動機的電機本體本質上是一種永磁

23、同步電機。因為無刷直流電動機的電機本體是永磁電機，所以無刷直流電動機又被稱為永磁無刷直流電動機。3.1 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成部分定子的結構與普通同步電動機或感應電動機一樣，鐵芯中都嵌有多相對稱繞組。繞組可以接成星形的或者三角形的，并將其分別與逆變器中的各開關管相連，三相無刷直流電動機是最為常見的7。逆變器的主電路分為橋式和非橋式兩種，如下圖3-1所示。其中圖(a)、(b)是非橋式開關電路，其他的則是橋式開關電路。電樞繞組與逆變器有多種連接方式，其中以三相星形六狀態(tài)(圖(c)和三相星形三狀態(tài)(圖(a)的使用最為廣泛，但后者的轉矩脈動相對大。圖3-1 逆變器的主電路 無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)

24、通電的，這與普通直流電動機有所不同。如果能夠做到適當地提高繞組利用率，這將可以使同時通電的導體數增加，使電阻下降，從而使效率提高。 位置檢測器在電機中的主要作用是檢測轉子磁極相對于定子繞組的位置信號，并為逆變器提供精確的換相信息。有位置傳感器和無位置傳感器檢測是位置檢測的兩種形式。位置傳感器分為三種，分別是光電式位置傳感器、電磁式位置傳感器、磁敏式位置傳感器。光電式位置傳感器的結構組成是固定在定子上的幾個光電偶合開關和固定在轉子軸上的遮光盤。電磁式位置傳感器是利用電磁效應來測量轉子位置的8。傳感器是由定子和轉子兩部分組成的。定子的組成結構包括磁芯、高頻勵磁繞組和輸出繞組。定、轉子磁芯都是由高頻

25、導磁材料（如軟鐵氧體）制成的9。電機在運行時，輸入繞組中將會通入高頻激磁電流，當轉子扇形磁芯位于輸出繞組下面時，輸入和輸出繞組通過定、轉子磁芯的偶合，輸出繞組中將感應出高頻信號，經過濾波的整形處理后，用于控制逆變器開關管。這種傳感器的機械強度相對較高，且可經受較大的震動沖擊，由于它的輸出信號較大，一般不需要進行放大就可以驅動開關管，因為輸出的電壓是交流，所以先要對其進行整流。它的缺點則是相對來說過于笨重和復雜。磁敏式位置傳感器的主要原理是電流的磁效應，它的位置檢測器是均勻分布的磁敏元件和永磁檢測轉子所構成。無位置傳感器的控制方式一般指的是電機無機械式位置傳感器，也就是在無刷直流電動機的定子上不

26、直接安裝位置傳感器來檢測轉子的位置10。但是由于在電機的控制運行過程中，轉子位置換相信號是必需的。所以，永磁無刷直流電機無位置傳感器控制的關鍵是其設計了一轉子位置信號來檢測電路，分別從硬件和軟件兩個方面來間接獲取可靠的轉子位置信號。檢測得到轉子位置信號后，電機的控制方法，與有位置傳感器控制法一樣。目前，大多是通過利用檢測定子電壓、電流等容易得到的物理量進行轉子位置的估算從而獲取轉子位置信號，其中反電勢過零檢測法、鎖相環(huán)技術法、定子三次諧波法和電感法等方法較為成熟。 控制器是直流無刷電機有效工作并實現其他功能的中心，它有以下主要功能如下：（1）實現轉子的各種功能如對位置傳感器的輸出信號進行相應的

27、綜合等；（2）產生PWM調制信號，從而實現直流無刷電機的開環(huán)調速；（3）調節(jié)電動機速度閉環(huán)，從而使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能；（4）對電路中的一些故障，比如：短路、過流、過電壓和欠電壓等進行保護。3.2 無刷直流電機控制系統(tǒng)的設計針對電機節(jié)約成本、體積縮小和應用場合等諸多問題，采用的檢測方法是反電動勢過零點，設計了基于DSPIC30F2010芯片的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)，分析了DSPIC30F2010外圍電路，逆變及其驅動電路11。反電動勢檢測電路，電流采樣與過流保護電路，開發(fā)了主程序和中途事件處理程序，并給出了電機正常運行時端電壓的波形。實驗結果表明系統(tǒng)能夠控制電機順利啟動，而且

28、實現了電機正確的換相和正常運行，證明了系統(tǒng)設計的可行性。轉子位置信號的檢測是無刷直流電機的無位置傳感器控制的難點。國內外研究人員對此提出了很多方法，一些典型的方法有：擴展卡爾曼濾波法、三次諧波檢測法、反電動勢法和電感檢測法等。擴展卡爾曼濾波器法的計算比較繁瑣，對微機性能要求相對較高，實現起來較麻煩。三次諧波檢測法在高速運轉時能夠準確并且快速地估計轉子所處的位置，但是存在低速時難以得到有效的轉子位置信號，雖然RC濾波電路有過零點相移等一些缺點，但是在目前的技術下這個該方法是最成熟的，實現起來最簡單，在應用中最廣泛的轉子位置檢測方法。電感檢測法需要對繞組電感進行不斷的實時檢測，實現難度較大。 圖3

29、-2 轉子位置信號檢測普遍采用的控制方案為基于DSP的控制和基于專用集成電路的控制等，受芯片功能、速度和結構的限制，硬件設計中往往需要較多的外圍電路，導致裝置的整體集成度不高，硬件開發(fā)相對復雜。本文采用反電動勢過零點檢測方法，設計了基于dsPIC30F2010芯片的無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)，將高性能16位單片機的控制特點和DSP高速運算的優(yōu)點相結合12，為嵌入式系統(tǒng)設計提供了合適的單芯片、單指令流的解決方案，其結構簡單，運行性能良好。4 直流無刷電機的電路設計 本系統(tǒng)主要采用DSPIC30F2010芯片為核心芯片，通過其周邊的各種電路來達到控制直流無刷電機的目的。4.1 開關電路的設計

30、 開關電路是采用六個IRF540N晶體管來控制M1、M2、M3信號的輸出，其主要是通過QW信號來控制IRF540N的通斷達到輸出的目的13。圖4-1 開關電路4.2 保護電路的設計這個保護電路主要采用MCP6544和MCP6002二個芯片為主要芯片，這個電路的主要目的是為了保護INF540N不會因為電流過大導致其燒毀。其主要原理是通過比較參考電壓和電流采樣的對比結果。將最大的電流設定在可控的范圍內，最大限度的保護了電流。 圖4-2 MCP6544示意圖 圖4-3 保護電路圖4.3 驅動電路的設計本系統(tǒng)的驅動電路主要由三個IR2130s芯片構成。其周邊電路如下圖所示，其主要工作原理是PWM1H輸

31、入高電平那么QW1就會輸出高電平，PWM1L輸入低電平那么QW2就會輸出低電平14，通過由此來控制開關電路不同組合的開啟來達到控制電機轉動的效果。 圖4-4 驅動電路圖4.4 反饋電路的設計本反饋電路主要是采集直流無刷電機的霍爾傳感器的信號，其主要目的是將采集來的霍爾傳感器的信號反饋到DSPIC30F2010芯片里面15。 圖4-5 反饋電路4.5 電源電路的設計本系統(tǒng)的電源電路主要是采用MC7815和MC7805二個芯片，將24v的電壓降到15v和5v。其中MC7815的輸入電壓是24v輸出電壓是15v，而MC7805的輸入電壓是15v輸出電壓電壓是5v，這樣就會得到本系統(tǒng)所需的三種電壓16

32、。 圖4-6 5V電源模塊 本系統(tǒng)的電源電路上的電容的主要作用是濾波。5 直流無刷電機控制系統(tǒng)的軟件設計在為直流無刷電機控制系統(tǒng)設計程序的時候，要先開啟復位電壓，然后初始化時鐘和中斷源，再打開中斷，當檢測到轉把的輸人電壓時，將該電壓經A/D轉換后按算法計算出PWM的占空比輸出PWM波。隨后采樣位置傳感器產生霍爾信號，將該信號的狀態(tài)與電機固定的相位序列對比17，判斷電機的相位是否正確。若正確，輸出波PWM，否則，重新復位。5.1 系統(tǒng)功能的實現 這部分主要有四個部分驅動控制、啟動、中斷時間控制和電源電壓檢測18。 霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉換是通過查表的方式來實現的。直流無刷電機中的3個霍爾元件

33、共有8種組合狀態(tài)，而在這8種狀態(tài)中只有6種狀態(tài)是有效的，且對應1個輸出狀態(tài)。由于這6種狀態(tài)對應沒有明顯的數量關系，查表就是實現映射最快捷的方法。要想實現電機反轉，只需增加一個反轉狀態(tài)。正反轉驅動區(qū)別只是在電流換相的順序的上不同，這反映到程序中僅僅只是一點在查表處有區(qū)別，所以正反轉可以用同一個驅動程序。 一般來說轉子位置在轉過磁場換相的臨界點時，這個時候我們認為電流的換相速度越快越好17。因為這樣直流無刷電機的轉動速度就會越快。所以根據這個我們就可以將霍爾信號的改變設置為中斷，這樣的話轉子在換相的時候相應速度就會比較快。 中斷的時間控制和定時器的時間控制差不多19。定時器會在每個時間周期增加1，

34、并在計數滿后復位到00h然后又重新開始計數，同時會產生一個中斷信號。若想控制定時器定時，則將中斷程序里面的定時器重新置數，此時，定時器便會從這個數開始計數直到溢出。須注意對有的定時器計數值寄存器寫的時候，會把預分頻值清除，因此必須在寫計數值的同時重新寫預分頻值控制字。有關電壓檢測的相關程序也是在主程序的里面，檢測的電源電壓的值必須要根據其負載情況來判斷18，因為電源的電壓非常容易受到負載的影響。5.2 軟件流程圖本系統(tǒng)主要流程是先通過采集直流無刷電機里面的霍爾信號，然后根據霍爾傳感器的信號判斷電機里面轉子的位置，然后輸出特定的信號通過控制電路來控制開關電路的輸出信號，這樣就會使直流無刷電機工作

35、起來，其軟件編程過程如下圖所示。 圖5-1 軟件流程圖我們在單片機采集霍爾信號之前必須要對單片機進行復位操作，所以我們在編程的過程中要注意這個初始化的過程。 6 實物成果及展望 (a ) (a)圖6-1 實物圖 圖6-2 系統(tǒng)PCB圖圖6-3 控制系統(tǒng)的原理圖（a）下邊橋PWM輸出信號圖 (b）上邊橋PWM輸出信號 圖6-4 上邊橋PWM輸出信號以及下邊橋PWM輸出信號圖致謝 時光匆匆，大學四年的學習和生活即將結束，這四年是我人生中最美好的時光。歷時兩個月終于將畢業(yè)論文和實物完成，在論文的撰寫和實物的制作及調試過程遇到了無數的困難和障礙，都在同學和老師的幫助下度過了。在這里，我要感謝我的論文指

36、導老師陳兵兵老師，在論文撰寫的時候，不僅對我的論文內容進行指導，還對論文格式進行批注，您不厭其煩的幫助我們完成設計，您學識淵博，談吐風趣，在這里獻上我崇高的敬意。此外，還要感謝我的同學和朋友，在實物制作過程中創(chuàng)造了良好的氛圍，并在論文的撰寫和排版等過程中提出中肯的意見。還針對論文的內容進行答辯演示，提出一些潛在的問題。在這里請接受我誠摯的謝意。同時也感謝學校為我們提供良好的學習環(huán)境。最后感謝這篇論文中引用的各位學者的研究成果，如果沒有你們的文獻支持，我很難完成這篇論文的撰寫。 由于我的水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正。 參考文獻 1 王益全.電動機原理與實用技術M

37、.北京:科學出版社,2005. 2 李鐘明,劉衛(wèi)國.稀土永磁電機第一版M.北京:國防工業(yè)出版社,1999. 3 張深.直流無刷電動機原理與其應用M.機械工業(yè)出版社,1996.4 盧靜,陳非凡,張高飛等.基于單片機的無刷直流電動機控制系統(tǒng)設計M. 北京機械工業(yè)學院學報,2002.5 梁正峰,王磊.電動自行車用無刷直流電動機控制系統(tǒng)研究M.電氣傳動自 動化,2004. 6 曹建平.電動自行車調速控制電路的研究M.電子工程師,2000.7 謝運祥.歐陽森.電力電子單片機控制技術M.機械工業(yè)出版社,2007. 8 葉金虎.現代無刷直流永磁電動機的原理和設計M.辭學出版社,2007. 9 王成元,夏加寬

38、,楊俊友,孫益標.電機現代技術M.機械工業(yè)出版,2006.10 姚國強,錢銳,陸成鷹.機電設備的單片機控制技術M.辭學出版社,2006.11 許大中,賀益康.電機控制M.浙江大學出版社,2002.12 顧繩古.電機及拖動基礎M.機械工業(yè)出版社,2004. 13 黃俊,王兆安.電力電子變流技術M.機械工業(yè)出版社,2004. 14 余永權,汪明慧,黃英.單片機在控制系統(tǒng)中的應用M.電子工業(yè)出版社,2003. 15 張琛.直流無刷電機原理及應用M.北京機械工業(yè)出版社,1996. 16 譚建成.電機專用控制燕成電路M.北京機械工業(yè)出版社,1997. 17 張立,黃兩一.電力電子場控器件及其應用M.北京

39、機械工業(yè)出版社,1995. 18 李志民,張遇杰.同步電動機調速系統(tǒng)M.北京機械工業(yè)出版社,1995.19 張琛.直流無刷電動機的原理及應用M.北京機械工業(yè)出版社,2004.附錄附錄1 程序 #include "p30F2010.h"#define FCY 5000000/ xtal = 5.0Mhz; PLLx8#define MILLISEC FCY/10000/ 1 mSec delay constant#define FPWM 16000#define POLEPAIRS5/ number of pole pairs#define INDEX1/ Hall sens

40、or position index#define S2!PORTCbits.RC14#define S3!PORTCbits.RC13void InitADC10(void);void AverageADC(void);void DelayNmSec(unsigned int N);void InitMCPWM(void);void InitUART(void);void SendCRLF(void);void SendSpeed(void);void InitTMR3(void);void SendMsg(void);struct unsigned RunMotor : 1;unsigned

41、 SndSpeed :1;unsigned CheckRX :1;unsigned SendTX :1;unsigned unused :14;Flags;unsigned int HallValue;unsigned int timer3value;unsigned int timer3avg;unsigned char polecount;/*Low side driver table is as below. In the StateLoTableClkand the StateLoTableAntiClk tables, the Low side driver isPWM while

42、the high side driver is either on or off. */unsigned int StateLoTableClk = 0x0000, 0x0210, 0x2004, 0x0204,0x0801, 0x0810, 0x2001, 0x0000;unsigned int StateLoTableAntiClk = 0x0000, 0x2001, 0x0810, 0x0801,0x0204, 0x2004, 0x0210, 0x0000;void _attribute_(interrupt, no_auto_psv) _CNInterrupt (void)IFS0bi

43、ts.CNIF = 0;/ clear flagHallValue = PORTB & 0x0038;/ mask RB3,4 & 5HallValue = HallValue >> 3;/ shift right 3 timesOVDCON = StateLoTableAntiClkHallValue; /*The ADC interrupt loads the PDCx registers with the demand potvalue. This is only done when the motor is running.*/void _attribute

44、_(interrupt, no_auto_psv) _ADCInterrupt (void)IFS0bits.ADIF = 0;if (Flags.RunMotor)PDC1 = ADCBUF0 >> 1;/ get value .PDC2 = PDC1;/ and load all three PWMs .PDC3 = PDC1;/ duty cyclesint main(void)LATE = 0x0000;TRISE = 0xFFC0;/ PWMs are outputsCNEN1 = 0x00E0;/ CN5,6 and 7 enabledCNPU1 = 0x00E0;/ enable internal pullupsIFS0bits.CNIF = 0;/ clear CNIFIEC0bits.CNIE = 1;/ enable CN interruptInitMCPWM();InitADC10();while(1)/while (!S2)/ wait for start key hit/while (S2);/ wait ti