基于单片机的无刷直流电机控制系统设计与实现

摘要

无刷直流电机利用电子换向器取代了直流电动机的机械换向器，消除了由于机械换向器带来的电磁干扰、电刷磨损、需要维护等问题，延长了电机的寿命。同时，也继承了直流电动机调速范围宽、转矩大、运行稳定、噪音低、功率密度高等优点，因而对无刷直流电机控制系统的研发有重要意义。
　　论文首先在综合国内外相关研究文献的基础上，介绍了无刷直流电机的特点和发展过程；分析了无刷直流电机的本体结构和工作原理；阐述了电机转子位置与电机相绕阻导通顺序的关系；给出了电机霍尔位置传感器的安装方法。建立了无刷直流电机控制系统的计算机仿真模型，用仿真的方法对电机转速闭环系统和转速、电流双闭环系统进行了研究。
　　其次，根据无刷直流电机的调速原理和控制系统的调速需求，给出了系统硬件模块化的设计方案。系统分为控制电路、功率电路两部分来设计，核心处理器选择 NEC公司的μPD78?1213单片机，逆变单元选择Fairchild公司的智能功率模块IPM；研究重点放在了处理器保护方案的设计、开关电源的设计、智能功率模块保护方式和驱动电路的设计。参照仿真模型研究中的控制算法，在处理器中实现了由PI算法调节的转速闭环控制系统和转速、电流双闭环控制系统的软件设计。
　　根据用户需求，采用Labview设计监测界面，读取电机运行过程中电流、转速等电机状态量，作为系统调试的辅助工具，提高了控制算法和整体系统调试的效率。
　　最后，样机调试，实验结果表明，设计方案合理，保护功能全面，工作稳定，达到了预期的功能需求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 无刷直流电机的应用与发展

1.3 电机控制专用单片机概述

1.4 无刷直流电机驱动控制中的主要问题

1.5 论文研究的内容和结构安排

1.6 本章小结

第二章 无刷直流电机运行原理与建模仿真

2.1 无刷直流电机的基本结构

2.2 工作原理分析

2.3 数学模型建立及分析

2.4 控制系统研究与仿真

2.5 本章小结

第三章 控制系统硬件电路设计

3.1 硬件总体方案

3.2 功率电路设计

3.3 开关电源设计

3.4 隔离电路的设计

3.5 控制电路设计

3.6 本章小结

第四章 控制系统程序设计

4.1 控制系统程序总体方案

4.2 中断服务程序

4.3 数字式闭环控制的实现

4.4 本章小结

第五章 PC端监测软件的设计与实现

5.1 PC端监测软件的需求分析

5.2 监测软件设计方案

5.3 本章小结

第六章 系统调试

6.1 功率板电路测试

6.2 控制电路测试

6.3 整体功能调试

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢