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1、本科毕业设计本科毕业设计(论文论文)题目题目：无刷直流电机控制器设计无刷直流电机控制器设计软件部分软件部分院院 （系）：（系）： 电子信息工程学院电子信息工程学院 专专 业：业： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 班班 级：级： 学学 生：生： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 2013 年 6 月I无刷直流电机控制器设计无刷直流电机控制器设计- -软件部分软件部分摘摘 要要本设计采用 ATmega128 实现对无刷直流电机的控制，其中速度和转矩控制环境部分都采用闭环控制。整个系统主要由电流检测电路、转速和位置检测电 路、功率驱动电路、过电流保护电路构成。该设计不仅要实现正、反向旋转时
2、 电机的正常调速，而且要在特殊情况下实现对电机的急停操作。无刷直流电机 因为具有直流有刷电机的特性，同时驱动器也是频率变化的装置，所以又名直 流变频，无刷直流电机的运转效率，低速转矩，转速精度等都比任何控制技术 的变频器还要好，由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会象变频调 速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产 生振荡和失步。多年来业界对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找 控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其脉宽调速小 体积高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。可以解决产业界 节点与高性能驱动的需求。关键词关键词：无刷
3、直流电机；控制器；脉宽调制IIDesign of Brushless DC Motor Controller-Software PartAbstractThis design adopts the ATmega128 to achieve control of the brushless dc motor. The speed and torque control part adopts closed-loop control. The whole system is mainly composed of current detecting circuit, speed and positio
4、n detection circuit, power driving circuit and over current protection circuit. The design is not only to achieve positive and reverse rotation of the motor at normal speed, but also under special circumstances. It could be done to stop the operation of motor. Because of brushless dc motor is dc mot
5、or of the characteristics, drive and frequency variation device at the same time. As known as direct current frequency conversion, brushless dc motor operation is efficiency, low speed torque, rotational speed precision and so on. The brushless dc motor based on automatic control type to perform, so
6、 not like frequency control of motor speed synchronous motor overload start under plus startup winding on the rotor, also wont generate oscillation and step out when load mutation. For years the industry on the research of the asynchronous motor frequency control of motor speed, in the final analysi
7、s is looking for a way to control the asynchronous motor torque. Brushless dc motor is bound to its wide speed range, small volume, high efficiency, steady speed and small error characteristics appeared in the field of speed advantages. It can meet the requirements of industry nodes with high perfor
8、mance drive.Key Words: brushless dc motor;controller; pulse width modulationIII目目 录录摘摘 要要I IAbstractAbstractIIII目目 录录IIIIII1 1 绪绪 论论1 11.1 课题研究背景.11.2 课题研究现状.11.2.1 无刷直流电机的发展 .11.2.2 国内外研究进展与现状 .11.3 课题来源.21.4 研究的应用价值.21.4.1 课题的设计思想 .31.4.2 课题研究的内容 .31.4.3 研究论文的章节安排 .32 2 无刷直流电机控制器的工作原理与总体设计无刷直流电机控制
9、器的工作原理与总体设计4 42.1 无刷直流电机的工作原理.42.2 无刷直流电机的工作方式的选择.52.2.1 无刷直流电机在三三导通方式下的工作原理 .52.2.2 无刷直流电机在两两导通方式下的工作 102.3 无刷直流电机控制器原理162.4 无刷直流电机软件设计163 3 无刷直流电机控制器的硬件设计无刷直流电机控制器的硬件设计18183.1 微控制器模块的设计183.2 键盘和显示电路204 4 无刷直流电机控制器的软件设计无刷直流电机控制器的软件设计2121IV4.1 软件编程方法214.2 无刷直流电机控制器的整体软件结构224.3 无刷直流电机控制器主层模块的软件设计234.
10、3.1 初始化模块 234.3.2 管理模块 234.3.3 维护更新模块 255 5 总总 结结38385 工作总结38结束语结束语3939毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明4242毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明4343附录附录 A A 程序程序 4444附录附录 B B 外文翻译外文翻译 54541 绪 论11 1 绪绪 论论1.11.1 课题研究背景课题研究背景无刷直流电动机作为一种常见的执行机构在工业系统中被广泛应用。对无刷直流电动机的控制有很多种控制方法。其中，PWM 控制方法在工业现场中以 其稳定性高，动态性能好而被广泛应用。设计一款 P
11、WM 无刷直流电机控制器具 有较高的实用价值。1.21.2 课题研究现状课题研究现状近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步 电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效 率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。1.2.11.2.1 无刷直流电机的发展无刷直流电机的发展无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所 以又名直流变频,国际通用名词为 BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转 速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生 产超过 55kW,可设计到 400kW,可以解决产业界节电
12、与高性能驱动的需求。 无刷电机在我国的发展时间较短,便随着技术的日益成熟与完善得到了迅猛 发展。已在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用，并 在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。如深圳伟业电机等一批专业厂 商，在技术上不断推进行业发展。1.2.21.2.2 国内外研究进展与现状国内外研究进展与现状有刷直流电机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用。但 是，机械电刷却是有刷直流电机的一个致命的弱点。为此，早在 1917 年， Boiiger 就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流 电机的基本思想。1955 年，美国 DHarrison 等
13、人首次申请了用晶体管换向线 路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着现代无刷电机的诞生。 近 40 年来，由于电机本体及其相关学科的迅猛发展，“无刷直流电机”的 概念已由最初的具有电子换向的直流电机发展到泛指一切具有有刷直流电机外 部特性的电子换向电机。刷直流电机的发展亦使得电机理论与大功率开关器件、 模拟和数字专用集成电路、微处理技术、现代控制理论以及高性能材料的结合 更加紧密。如今无刷直流电机集特种电机、变速机构、检测元件、控制软件与 硬件于一体，形成为新一代电动伺服系统，且体觋着当今应用科学的许多最新 成果，因此是机电一体化的高技术产物。 无刷直流电机真正进入实用阶段应从 1978 年开
14、始，当时原西德西安工业大学毕业设计(论文)2MANNESMANN 公司的 Indramat 分部在汉诺威贸易博览会上，正式推出 MAC 经典无刷直流电机及其驱动器。80 年代在国际上开展了深入的研究，先后研制 成方波无刷电机和正弦波无刷直流电机，在 10 多年的时间里，无刷直流电机在 国际上已得到较为充分的发展，在一些较为发达的国家里，无 刷直流电机将 在未来的几年中成为主导电机，并逐步取代其它类型的电机。 无刷直流电机在近 10 年里得到迅速推广应用的另一个原因，是由于电力电 子技术和集成控制技术高速发展的结果，性能优良、价格低廉的电子元器件为 制造无刷直流电机创造了基本条件。80 年代初期
15、，电机本体与换向驱动电路的 价格比大约为 1：10，而当今已降至 1：13，这就为大量推广应用创造了先决 条件。 我国无刷电机的研制工作始于 70 年代初期，主要集中在一些科研院所和高 等院校。经过 20 多年的发展，目前我国已有几种系列产品生产，如 ST 系列， IFTS 系列，ASM 系列，但仍没有制定出国家标准，限于我国元器件水平及相 关理论与实践相结合的程度还比较低，尤其是制造工艺和加工设备较国际水准 差距较大，所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平，大约相当于国外 70 年代末 80 年代初的水准，有待进一步研究和开发。1.31.3 课题来源课题来源直流电机具有响应快速、较大的起
16、动转矩、从零转速至额定转速具备可提 供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生 额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持 90，这就要藉 由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造 成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、 坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性 能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交 坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有 与直流电机相当的性能。无刷直流电机的发展空间得到进一步的提升。1.41.4 研究的应用价值研究的应用价值无刷直流电机的应用十分广泛，如汽车、工具、工
