【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目 ： 無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì) — 軟件部分 院 （系）： 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級： 090414 學(xué) 生： 劉 文 濤 學(xué) 號： 090414112 指導(dǎo) 教師： 吳 杰 2020 年 6 月 I 無刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 軟件部分 摘 要 本設(shè)計(jì)采用 ATmega128 實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的控制，其中速度和轉(zhuǎn)矩控制環(huán)境部分都采用閉環(huán)控制。整個(gè)系統(tǒng)主要由電流檢測電路、轉(zhuǎn)速和位置檢測電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、過電流保護(hù)電路構(gòu)成。該設(shè)計(jì)不僅要實(shí)現(xiàn)正、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)的正常調(diào)速，而且要在特殊情況下實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的急停操作。無刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也是頻率變化的裝置，所以又名直流變頻，無刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率， 低速轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好，由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。多年來業(yè)界對異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)必將以其脈寬調(diào)速﹑小體積﹑高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢?？梢越鉀Q產(chǎn)業(yè)界節(jié)點(diǎn)與高性能驅(qū)動(dòng)的需求。 關(guān)鍵詞 ：無刷直流電機(jī)；控制器；脈寬調(diào)制 II Design of Brushless DC Motor ControllerSoftware Part Abstract This design adopts the ATmega128 to achieve control of the brushless dc motor. The speed and torque control part adopts closedloop control. The whole system is mainly posed of current detecting circuit, speed and position 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 motor 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 not like frequency control of motor speed synchronous motor overload start under plus startup winding on the rotor, also won39。t 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 analysis 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 performance drive. Key Words: brushless dc motor。controller。 pulse width modulation III 目 錄 摘 要 .............................................. I Abstract ........................................... II 目 錄 ............................................ III 1 緒 論 ............................................ 1 課題研究背景 ................................................. 1 課題研究現(xiàn)狀 ................................................. 1 無刷直流電機(jī)的發(fā)展 ..................................... 1 國內(nèi)外研究進(jìn)展與現(xiàn)狀 ................................... 1 課題來源 ..................................................... 2 研究的應(yīng)用價(jià)值 ............................................... 2 課題的設(shè)計(jì)思想 ......................................... 3 課題研究的內(nèi)容 ......................................... 3 研究論文的章節(jié)安排 ..................................... 3 2 無刷直流電機(jī)控制器的工作原理與總體設(shè)計(jì) ............... 4 無刷直流電機(jī)的工作原理 ....................................... 4 無刷直流電機(jī)的工作方式的選擇 ................................. 5 無刷直流電機(jī)在三三導(dǎo)通方式下的工作原理 ................. 5 無刷直流電機(jī)在兩兩導(dǎo)通方式下的工作 .................... 10 無刷直流電機(jī)控制器原理 ...................................... 16 無刷直流電機(jī)軟件設(shè)計(jì) ........................................ 16 3 無刷直流電機(jī)控制器的硬件設(shè)計(jì) ....................... 18 微控制器模塊的設(shè)計(jì) .......................................... 18 鍵盤和顯示電路 .............................................. 20 4 無刷直流電機(jī)控制器的軟件設(shè)計(jì) ....................... 21 IV 軟件編程方法 ................................................ 21 無刷直流電機(jī)控制器的整體軟件結(jié)構(gòu) ............................ 22 無刷直流電機(jī)控制器主層模塊的軟件設(shè)計(jì) ........................ 23 初始化模塊 ............................................ 23 管理模塊 .............................................. 23 維護(hù)更新模塊 .......................................... 25 5 總 結(jié) ......................................... 38 5工作總結(jié) ...................................................... 38 結(jié)束語 ............................................. 39 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 ......................... 42 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 ........................... 43 附錄 A 程序 ....................................... 44 附錄 B 外文翻譯 ................................... 54 1 緒 論 1 1 緒 論 無刷直流電動(dòng)機(jī)作為一種常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在工業(yè)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。對無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制有很多種控制方法。其中， PWM 控制方法在工業(yè)現(xiàn)場中以其穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)性能好 而被廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)一款 PWM 無刷直流電機(jī)控制器具有較高的實(shí)用價(jià)值。 近三十年來針對異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。 無刷直流電機(jī)的發(fā)展 無刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性 ,同時(shí)也是頻率變化的裝置 ,所以又名直流變頻 ,國際通用名詞為 ,低速轉(zhuǎn)矩 ,轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好 ,所以值得業(yè)界關(guān)注 .本產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)超 過 55kW,可設(shè)計(jì)到 400kW,可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動(dòng)的需求。 無刷電機(jī)在我國的發(fā)展時(shí)間較短 ,便隨著技術(shù)的日益成熟與完善得到了迅猛發(fā)展。已在航模、醫(yī)療器械、家用電器、電動(dòng)車等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并在深圳、長沙、上海等地形成初具規(guī)模產(chǎn)業(yè)鏈。如深圳偉業(yè)電機(jī)等一批專業(yè)廠商，在技術(shù)上不斷推進(jìn)行業(yè)發(fā)展。 國內(nèi)外研究進(jìn)展與現(xiàn)狀 有刷直流電機(jī)以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是，機(jī)械電刷卻是有刷直流電機(jī)的一個(gè)致命的弱點(diǎn)。為此，早在 1917 年， Boiiger就提出了用整流管代替有刷直流 電機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了無刷直流電機(jī)的基本思想。 1955 年，美國 D． Harrison 等人首次申請了用晶體管換向線路代替有刷直流電機(jī)機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷電機(jī)的誕生。 近 40 年來，由于電機(jī)本體及其相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展，“無刷直流電機(jī)”的概念已由最初的具有電子換向的直流電機(jī)發(fā)展到泛指一切具有有刷直流電機(jī)外部特性的電子換向電機(jī)。刷直流電機(jī)的發(fā)展亦使得電機(jī)理論與大功率開關(guān)器件、模擬和數(shù)字專用集成電路、微處理技術(shù)、現(xiàn)代控制理論以及高性能材料的結(jié)合更加緊密。如今無刷直流電機(jī)集特種電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、檢測元件、控制軟 件與硬件于一體，形成為新一代電動(dòng)伺服系統(tǒng)，且體覡著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果，因此是機(jī)電一體化的高技術(shù)產(chǎn)物。 無刷直流電機(jī)真正進(jìn)入實(shí)用階段應(yīng)從 1978 年開始，當(dāng)時(shí)原西德西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 2 MANNESMANN 公司的 Indramat 分部 在漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上，正式推出 MAC經(jīng)典無刷直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器。 80 年代在國際上開展了深入的研究，先后研制成方波無刷電機(jī)和正弦波無刷直流電機(jī)，在 10 多年的時(shí)間里，無刷直流電機(jī)在國際上已得到較為 充 分的發(fā)展，在一些較為發(fā)達(dá)的國家里，無 刷直流電機(jī)將在未來的幾年中成為主導(dǎo)電機(jī)，并逐步取代其它類型的電機(jī) 。 無刷直流電機(jī)在近 10 年里得到迅速推廣應(yīng)用的另一個(gè)原因，是由于電力電子技術(shù)和集成控制技術(shù)高速發(fā)展的結(jié)果，性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的電子元器件為制造無刷直流電機(jī)創(chuàng)造了基本條件。 80 年代初期，電機(jī)本體與換向驅(qū)動(dòng)電路的價(jià)格比大約為 1： 10，而當(dāng)今已降至 1： 1～ 3，這就為大量推廣應(yīng)用創(chuàng)造了先決條件。 我國無刷電機(jī)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