【正文】 [在此處鍵入]畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 基于LS單片機的無刷直流電機系統(tǒng)的研究與設(shè)計專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2013 年51基于LS單片機無刷直流電機控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣095作者：指導(dǎo)教師： 職稱：講師 高工答辯日期：2013621摘 要為了解決客車、城市公交車在實際使用中發(fā)動機不同溫度狀況下的散熱問題，有效地保證發(fā)動機的正常使用溫度，車載電子風(fēng)扇是最佳選擇。本文旨在研究一種低成本的無刷直流電機控制器。為了研發(fā)一款低成本的控制器，較好地控制無刷直流電機，本文著重研究了無刷直流電機（永磁同步電機）的控制策略及其實現(xiàn)方法。本文最終確定了無刷直流電機的變壓變頻開環(huán)控制方式，其能夠?qū)崿F(xiàn)在基頻以下進行恒壓頻比控制，在基頻以上進行恒功率控制。本次設(shè)計利用LS052Ax單片機作為控制核心，主要用來發(fā)出SPWM脈寬調(diào)制波，主電路采用常用的三相電壓源型逆變電路。頻率增長采用給定積分法。實驗結(jié)果證明，這種控制方法控制可靠，成本低廉，能夠獲得良好的動靜態(tài)性能。經(jīng)過最 終測試，本次設(shè)計系統(tǒng)可達到如下指標，電機能夠在6s之內(nèi)轉(zhuǎn)速迅速升高至3000RPM，且起動成功率為100%，輸出電流最大2A，輸出最高頻率200HZ，直流母線側(cè)電壓12V，最大功率24W。關(guān)鍵詞：無刷直流電機，LS052Ax單片機，SPWM脈寬調(diào)制，低成本AbstractIn order to solve the problem of heat dissipation of the vehicle engine under different temperature conditions, ensuring the normal use of the vehicle engine, electric fan is the best choice. This paper aims to study a kind of lowcost brushless DC motor controller.This paper mainly studies the brushless DC motor (PMSM) control strategy and its realization method aiming a lowcost controller. This paper determines the VVVF openloop control mode, which can achieve Constant control in the following baseband, constant power control in the above baseband. This design uses LS052Ax microcontroller as control core, which is mainly used to send the SPWM wave。 the main circuit is a threephase voltage source inverter. Frequency increases by the given integral method.Experimental results show that this control method is reliable, lowcost, and can obtain good dynamic and static performance. In the final test, the design of the system can achieve the following indicators: the motor can accelerate to 3000RPM within 6 seconds, and the motor can finish setup each time。 the maximum output current is 2A。 the maximum output frequency is 200HZ。 the DC bus voltage is 12V。 the maximum power is 24W.key words: brushless DC motor, LS052Ax MCU, SPWM, VVVF, low cost目 錄第1章 緒論 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源、類型 1 選題的目的及意義 1 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 1 本畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容 2第2章 系統(tǒng)總體方案論證 3 控制對象分析 3 無刷直流電機結(jié)構(gòu) 3 無刷直流電機工作原理 4 無刷直流電機參數(shù) 5 控制系統(tǒng)主電路分析論證 5 三相逆變電路分類 5 7 控制系統(tǒng)的控制芯片選型 8 LS芯片簡介 8 LS主要功能特性 8 9 系統(tǒng)控制策略分析論證 10 無刷直流電機的控制方法 10 兩種控制方式的比較 10 本次設(shè)計所采用的方法 11第3章 PSIM仿真 13 PSIM仿真框圖 13 仿真波形及分析 13 載波比N=63 13 載波比N=33 15 載波比N=21 17 仿真總結(jié) 19第4章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 21 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計 21 電源模塊設(shè)計 21 單片機控制模塊 22 驅(qū)動電路設(shè)計 23 PCB板的設(shè)計 24第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計 25 三相SPWM原理及算法實現(xiàn) 25 SPWM介紹與原理分析 25 SPWM實現(xiàn)方案對比 26 調(diào)制方式選擇 29 主程序設(shè)計 32 全比較單元模塊配置 33 通用定時器T1的配置 33 死區(qū)單元的配置 33 中斷模塊設(shè)計 34第6章 系統(tǒng)調(diào)試 35 硬件調(diào)試 35 軟件調(diào)試 35 系統(tǒng)測試結(jié)果 36 電路板接上電機測試結(jié)果 36 相關(guān)測試波形 37第7章 結(jié)論與展望 45 設(shè)計結(jié)論 45 設(shè)計展望 45參考文獻 47致謝 49附錄1 整體電路圖 50附錄2 部分源程序 51第1章 緒論 畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源、類型本課題來源于生產(chǎn)生活實際中需要解決的問題，為工科課題。為了解決客車、城市公交車在實際使用中發(fā)動機不同溫度狀況下的散熱問題，有效地保證發(fā)動機的正常使用溫度，車載電子風(fēng)扇是最佳選擇，本設(shè)計旨在研究設(shè)計一款低成本的無刷直流電機控制器。 選題的目的及意義無刷直流電機控制系統(tǒng)是集電機技術(shù)、電力電子技術(shù)、控制理論和計算機技術(shù)等科學(xué)技術(shù)于一身的機電一體化系統(tǒng)，體現(xiàn)了當今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果，是機電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品[1]。選擇該課題進行研究的目的和意義在于：在解決生產(chǎn)生活實際中問題的同時，培養(yǎng)自己獨立從事技術(shù)開發(fā)和科學(xué)研究的能力。 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢目前在工業(yè)先進的國家里，工業(yè)自動化領(lǐng)域中的有刷直流電動機已經(jīng)逐步被無刷直流電機取代?，F(xiàn)在從國外進口的設(shè)備中，已經(jīng)很少看到以有刷直流電動機作為執(zhí)行電動機的系統(tǒng)，一些國家如美國、英國、日本、德國的相關(guān)公司經(jīng)不再大量生產(chǎn)伺服驅(qū)動用的有刷直流電動機[2]。由上面的分析可以看出，無刷直流電動機相對于其它類型電動機來說還是一種新型電動機，它的驅(qū)動、控制更是和電子技術(shù)息息相關(guān)，因此，對無刷直流電機本體及其控制方法進行系統(tǒng)、深入的研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。 本畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計在首先認真分析了無刷直流電機的結(jié)構(gòu)，了解了它的控制方法，并對不同的控制方法做了對比，結(jié)合LS單片機的性能，并充分考慮控制器低成本的要求，最終重點研究了基于LS單片機的SPWM變壓變頻起動的原理和實現(xiàn)方法。本次設(shè)計主要包括兩個方面：硬件和軟件。硬件方面包括控制芯片的選擇，主電路的設(shè)計，驅(qū)動電路的設(shè)計，及PCB板的制作；軟件方面包括SPWM波形的生成，單片機多通道的設(shè)置，VVVF控制方法的實現(xiàn)算法等。系統(tǒng)軟件采用c語言編寫，開發(fā)環(huán)境為KEIL。第2章 系統(tǒng)總體方案論證 控制對象分析 無刷直流電機結(jié)構(gòu)無刷直流電機是一種自控變頻的永磁同步電機，就其組成結(jié)構(gòu)而言，它具有旋轉(zhuǎn)的磁場和固定的電樞。這樣電子換相線路中的功率開關(guān)器件，如晶閘管，晶體管等可直接與電樞繞組連接。電機內(nèi)裝有一個轉(zhuǎn)子位置傳感器，用來檢測轉(zhuǎn)子在運行過程中的位置。它與電子換相線路一起，替代了有刷直流電機的機械換相裝置。綜上所述，無刷直流電機由電機本體，轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換相線路三大部分組成，如圖21所示[3]。圖21無刷直流電機結(jié)構(gòu)原理圖a. 電機本體電動機本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動機相似，但沒有籠型繞組和其他起動裝置。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等）。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對數(shù)（2p=2，4，……）組成。本次設(shè)計采用的電機定子為三相，轉(zhuǎn)子為8極。b. 位置傳感器位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后去控制定子繞組換相。位置傳感器種類較多，且各具特點。在無刷直流電動機中常見的位置傳感器有以下幾種：電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器、磁敏式位置傳感器。c. 電子換相當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子開關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而