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1、北方民族大学学士学位论文论文题目: 基于单片机无刷直流电机控制系统统的设计 院(部)名 称: 电气信息工程学院 学 生 姓 名: 孙学文 专 业: 自动化 学 号: 指导教师姓名: 王君瑞 论文提交时间: 论文答辩时间: 学位授予时间: 北方民族大学教务处制2摘 要1831 年，法拉第发现了电磁感应现象，奠定了现代电机的基本理论基础。19 世纪 40 年代第一台直流电机成功研制，随着科学技术的进步以及新兴的的电力电子技术、数字电子技术的发展，直流电机在某些应用场合已不能完全很好的应用，由于其机械换向引起的火花、转速受机械换向的限制等一系列问题的出现，科学家们开始试着研制一种用一些器件实现电机换
2、向代替电刷换向器换向的装置。1955 年，美国人 Harrison 首次提出了用晶体管换向线路代替代替电机电刷接触的思想，直到 1962 年试制成功了借助霍尔元件（霍尔效应转子位置传感器）来实现换向的无刷直流电机。本文从无刷直流电机的研究背景、研究意义、发展方向及分类，再到电机的系统结构、工作原理、控制方式都做了一系列系统的论述。尤其是在电机控制方式上。现代电机有多种控制方式，电机专用控制集成芯片控制、单片机和DSP 控制，本文将采用 MCS/51 系列的单片机实现对电机的转速控制。通过用protues 软件仿真及用 keil 软件验证过的程序进行测试，实现无刷直流电机平滑的调速。关键词：无刷
3、直流电机，单片机，protuesABSTRACTIn 1831, Faraday discovered electromagnetic induction phenomenon, laid the foundation of basic theory of modern motor. First dc motor developed in the 1840 s, with the progress of science and technology as well as the emerging of the development of power electronic technology
4、, digital electronic technology, dc motors in some applications is not very good application, due to its mechanical commutation spark, speed limited by mechanical commutation, the emergence of a series of problems, such as scientists begin to try to develop a use some device for motor commutation in
5、stead of the brush, commutator reversing device. Americans in 1955, Harrison was proposed for the first time use the transistor commutation circuit instead of instead of the electrical motor brush contact, until 1962, was successfully trial-produced with hall element (hall effect rotor position sens
6、or) to implement the commutation of the brushless dc motor. Based on brushless dc motor of the research background, research significance, the development direction and the classification, system structure, working principle to the motor, control mode, do a series of systems in this paper. Especiall
7、y on the motor control mode. Hyundai motor has a variety of control mode, the special motor control chip control, MCU and DSP control, this article will use the MCS / 51 series microcontroller for motor speed control. By using protues software simulation and verified with keil software testing progr
8、am, smooth realization of brushless dc motor speed control.KEY WORDS: brushless dc motor , single chip microcomputer, protuesI目 录目 录.I第 1 1 章 绪 论.11.11.1 引言.11.21.2 无刷直流电机分类.11.31.3 无刷直流电机的研究背景.21.41.4 无刷直流电机研究的意义.31.51.5 无刷直流电机未来研究方向.4第 2 2 章 无刷直流电机系统结构及工作原理.62.12.1 相比有刷直流电机无刷直流电机的主要特点.62.22.2 无刷直流
9、电机的构成.62.32.3 工作原理.82.42.4 三相无刷直流电机逆变电路及其工作方式.92.52.5 脉宽调制（PWM）技术.11第 3 3 章 无刷直流电机控制系统总体设计.133.13.1 整体运行思路.133.23.2 系统总体框图.133.33.3 基于 Matlab 的控制系统 .14图 3-4 转子转速 .14图 3-6 电磁转矩 Te.153.33.3 基于仿真波形的论述 .15II第 4 4 章 无刷直流电机控制系统软硬件设计.164.14.1 各接口电路与所用芯片详细功能及使用介绍.164.1.14.1.1 AT89C51 芯片的介绍 .164.1.24.1.2 单片机
10、与键盘接口 .174.1.34.1.3 单片机与显示数码管接口 .194.1.44.1.4 无刷直流电机的驱动电路 .194.24.2 软件部分.204.2.14.2.1 主程序流程图如下：.214.2.24.2.2 键盘、显示流程图：.23第 5 5 章 结 论.25致 谢.26参考文献.27附录 A： .28附录 B: .37附录 C 中文译文 .44III北方民族大学学士学位论文第 1 页 共 47 页第 1 章 绪 论1.1 引言随着时代的变迁与科学技术的迅猛发展，电机作为一种机电能量转换及成为各种机械原动力的一种不可或缺的装置，已被应用到各个领域。能源、冶金、采矿、机械加工、航空航天
11、可以说没有电机就没有今天繁荣的一切。从 19 世纪 40 年代研制成功第一台直流电机到现在，各种类电机应运而生，同步电机、异步电机、开关磁阻电机等。随着计算机进入控制领域，新型电力电子功率器件及微控制器的不断更新与发展，控制电机的方式也越来越多。本文将充分利用单片机的外围电路少，运行稳定可靠的特点，将其运用于无刷直流电机的控制，使得控制电机更加方便简捷。1.2 无刷直流电机分类 随着科技日新月异的发展，电机除了扮演着工业发展与人们生活水平逐渐提高的不可或缺的角色。其种类也是在随着时代的变迁逐渐增加，以此来满足军事和民用领域的需求。按所需按所需 电源种电源种 类类有刷直流电有刷直流电 机机直直
12、流流 电电 机机交交 流流 电电 机机无刷直流电无刷直流电 机机单相电机单相电机三相电机三相电机永磁直流电永磁直流电 机机电磁直流电电磁直流电 机机方波驱动方波驱动正正弦弦波驱动波驱动基于单片机无刷直流电机控制系统的设计2图 1-1 电机分类结构图1.3 无刷直流电机的研究背景从 1831 年法拉第发现电磁感应现象到第一台直流电机被成功研制，这以后电机就开始逐渐被应用于各个领域，但随着人们对物质生活的需求越来越高及科学技术上的突破，直流电机虽然具有调速范围广、启动转矩大、运行平稳效率高等诸多优点，但是由于传统的直流电机都采用的是电刷机械换向装置，就产生了不可避免的机械摩擦、使用寿命缩短等一系列问题。这就使得它在一些高温高压要求比较严格
