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1、学士学位毕业设计（论文）无刷直流电机控制系统的研究与设计学生姓名：董 宇学 号：20114073106指导教师：高 飞 所在学院：信息技术学院专 业：电气工程及其自动化中 国 大 庆2015 年 05 月本科毕业设计（论文）任务书学生姓名 董宇 所在班级 2011 级电气 1 导师姓名 高飞 导师职称 讲师论文题目 无刷直流电机数字控制系统的研究与设计题目分类1应用与非应用类：工程 科研 教学建设 理论分析模拟2软件与软硬结合类：软件硬件软硬结合非软硬件（1、2 类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打）主要研究内容及指标： 1.了解无刷直流电机的原理构造。2.研究硬件各部分的功能，完成电路的
2、设计。3.设计软件，编写 C 语言程序。主要参考文献：1王益全.电动机原理与实用技术.北京:科学出版社，20052叶金虎.现代无刷直流永磁电动机的原理和设计.辞学出版社，20073 Microchip PIC18F72 datasheetR ，2002 Microchip Technology Inc.4G.Henneberger. Brushless motors for electric and hybrid vehicles. Machines and Drives for Electric and Hybrid VehiclesR. 1996阶段规划：第一阶段 3 月 2 日至 3 月
3、 30 日 资料收集、整理无刷直流电机背景第二阶段 3 月 31 日至 4 月 30 日 硬件设计第三阶段 4 月 30 日至 5 月 1 日 软件设计、论文初稿第四阶段 5 月 1 日至 5 月 22 日 论文修改、录入开题时间 2015-3-2 完成论文时间 2015-5-24专家审定意见：系主任签字：年 月 日注：1任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之。摘要摘要因为本文是研究无刷直流电机的控制系统，所以驱动电机用无刷直流电机。本文以单片机 AT89C51 为控制核心，LM621 为换向器，单片机通过采集得到比较电平并接
4、收到霍尔位置传感器反馈过来的信号，再把它们用软件编程后可以发出指令来驱动无刷直流电机，达到设计要求。关键词：无刷直流电机 AT89C51 LM621 霍尔位置传感器 ABSTRACTABSTRACTBecause this paper is a digital control system for brushless DC motor, so the motor brushless DC motor. The AT89C51 single-chip microcomputer as the control core, LM621 as the commutator, MCU by collec
5、ting the comparative level and receive the Holzer position sensor feedback over the signal, then they use programming software can send out instructions to drive brushless DC motor to achieve design requirements.Keywords:brushless DC motor AT89C51 LM621 Holzer position sensor 目录I目录摘要 .IABSTRACT.II前言
6、 .IIV1 绪论 .11.1 无刷直流电机的背景 .11.2 无刷直流电机的的现状 .12 无刷直流电机 .22.1 无刷直流电机的构成原理 .22.2 无刷直流电机的工作原理 .22.3 无刷直流电机的控制原理 .33 无刷直流电机控制器设计 .63.1 无刷直流电机控制器设计方案 .63.2 控制器的基本原理 .73.3 脉宽调制技术（PWM） .84 AT89C51 系列单片机的结构及工作原理简介 .104.1 AT89C51 单片机的硬件结构 .104.2 AT89C51 单片机的引脚及其功能描述 .114.3 AT89C51 单片机的工作方式 .124.4 AT89C51 单片机的
7、最小应用系统 .144.5 AT89C51 单片机的指令系统 .155 硬件电路 .175.1 单片机与键盘接口设计 .175.2 单片机与显示数码管接口的设计 .185.3 逆变器与驱动电路接口设计 .195.4 限流保护电路 .226 软件设计 .246.1 控制器软件设计总述 .246.2 程序流程图 .24结论 .28参考文献 .29致谢 .30附录 A .31附录 B .32前言前言随着现在竞争力日益提高，很多客户已经不满足于现状，人们需要质量更 好，性能更高，无声，方便携带的电动机，而这推动了无刷直流电机的发展。例如：小型交流异步电机风扇现在很多都被更加简便的无刷直流电机风扇替代
8、了，同时效率比以前的更高。无刷直流电机与很多技术密切相关，这反映了当 前社会和科技成果，彰显当今的潮流。由于科技水平的飞速发展，无刷直流电机的技术也得到了很大完善。新的 电子器件，集成电路等功能的日益完善，使得器件的数量相比以前大大减小，体型也小了很多，同时更加便宜，降低了成本。生活中的很多有刷直流电机渐 渐被无刷直流电机代替了。黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）01 绪论1.1 无刷直流电机的背景无刷直流电机（Brushless DC Motor，BLDCM ）是指无机械电刷和换向器 的直流电动机，又叫无换向直流电机。它与电机控制技术、电力电子技术、微 电子技术密切相关。它既有交流电机结构简
9、单，运行可靠的优点，又有像有刷 直流电机工作效率高，无励磁损耗等性能。它最大的特点就是用电子换向代替 了机械换向，克服了机械换向所带来的寿命短、火花、噪声等坏处，同时降低 了成本，使电机的维修变得简单。而现在无刷直流电机应用于各个领域：如车 辆的驱动、家用电器的驱动、计算机的驱动医疗器械、化工等等。无刷直流电机的基本思想起源于 1917 年，是由 Boliger 提出的。人们开始研究用电子换相来代替机械换相的无刷直流电机是从二十世纪 30 年代开始 的，但没有深入研究。直到 1978 年，人们才开始加大对无刷直流电机的研究， 最后研制出了方波和正弦波无刷直流电机。这些为现今的技术发展而研制的无
10、 刷直流电机铺垫了良好的基础。现在世界各国上对无刷直流的研究取得了良好 的成果，提高了电机的效率。1.2 无刷直流电机的的现状在二十世纪 70 年代，中国的一些科研院所和高等院校对无刷直流电机开 始了研究。但由于我国科技相对落后国际水准，所以目前我国无刷直流电机的 综合水平依旧低于国际水平。但是经过科研人员的不断努力，数字化过程显著 改善。因为我国为发展中国家，需要的资源相对较大，所以发展无刷直流电机 对于我国异常重要。黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）12 无刷直流电机2.1 无刷直流电机的构成原理无刷直流电机主要由三部分组成，分别是电动机、电子换向线路和位置传感器。实 际上它用电子换向代替
11、了机械换向， 同时他还有直流电机的调速性质。它的铁心中安置了对称多相绕组，绕组有星形或三角形，这种定子结构与异步电机及普通的同步电机一 样。 转子的材料一般为永磁材料，由于永磁体的形状不同，磁路结构不同，他们的气隙磁场波形也不同，有正弦波、方波和梯形波，而这时反电动势波形也为正弦波、方波和梯形波。永磁同步电机的反电动势为正弦波，永磁无刷直流电机的反电动势为梯形波或方波。在结构上这两种电机类似，但永磁无刷直流电机不具有其他的启动装置和笼形绕组。无刷直流电机的结构图如图 1 所示，图中的电动机是三相两极，三相定子绕组联接着电子开关线路中与其相对应的功率开关器件。A 、B 、C 三相绕组分别联接着功
12、率开关 V1、V 2、V 3。位置传感器的转子联接着电动机的转轴。图中电子开关线路即电子换向线路。图 1 无刷直流电机的结构图2.2 无刷直流电机的工作原理当把定子绕组的一相连接上电源时，电流和磁极产生的磁场发生作用于是产生了转矩，使转子旋转，再通过位置传感器将转子位置的变动变换成电信号，从而控制了电子换向线路，使得定子的每个绕组按照一定的顺序导通，同时定子相的电流由于转子位置的不断变化而按照一定的顺序发生了换相。因为转子转角和电子换向线路的导通顺序同时变化，步骤一致，于是起到了换向作用。其原理框图如图 2 所示。黑龙江八一农垦大学毕业设计（论文）2图 2 无刷直流电机的原理框图永磁有刷直流电机里面的永久磁钢在作用方面和无刷直流电动机里面转子的永久磁钢是相
