【正文】 控制算法，最后對(duì) ATmega128 的集成編譯環(huán)境做了簡要說明。 課題的設(shè)計(jì)思想 無刷直流電機(jī)在生活和工業(yè)系統(tǒng)中扮演著重要角色，因此設(shè)計(jì)一款無刷直流電機(jī)控制器是非常有必要的。如家用電器具中的、甩干機(jī)和壓縮機(jī)就是很好的例子，汽車工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等，這類應(yīng)用的系統(tǒng)成本相對(duì)更高些。無刷直流電機(jī)的發(fā)展空間得到進(jìn)一步的提升。碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場合也受到限制。 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院校。 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。 1955 年，美國 D． Harrison 等人首次申請(qǐng)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。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。 近三十年來針對(duì)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。 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(shí)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?？梢越鉀Q產(chǎn)業(yè)界節(jié)點(diǎn)與高性能驅(qū)動(dòng)的需求。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(duì)電機(jī)的急停操作。 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。對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制有很多種控制方法。 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。 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。 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)。 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) 。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，目前我國已有幾種系列產(chǎn)品生產(chǎn)，如 ST 系列， IFTS系列， ASM 系列，但仍沒有制定出國家標(biāo)準(zhǔn)，限于我國元器件水平及相關(guān)理論與實(shí)踐相 結(jié)合的程度還比較低，尤其是制造工藝和加工設(shè)備較國際水準(zhǔn)差距較大，所以目前我國無刷電機(jī)綜合水平仍低于國際水平，大約相當(dāng)于國外 70 年代末 80 年代初的水準(zhǔn)，有待進(jìn)一步研究和開發(fā)。交流電機(jī)沒有碳刷 及整流子，免維護(hù)、堅(jiān)固、應(yīng)用廣，但特性上若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到。 無刷直流電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，如汽車、工具、工業(yè)工控、自動(dòng)化以及航空航天等等。定位應(yīng)用：大多數(shù)工業(yè)控制和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用屬于這個(gè)類別，這類應(yīng)用中往往會(huì)完西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 3 成能量的輸送，所以對(duì)轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩有特別的要求，對(duì)控制器的要求也較高。無刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)基本要求是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和急停，通過液晶顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速和功率信息，用霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)子的位置信息。 第五章：無刷直流電機(jī)控制器的調(diào)試 介紹了實(shí)驗(yàn)室調(diào)試。 A 0A 1B 0C 1C 0B 1NS90西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 5 380 V ~S1R2R 3R 4R 5R 6RbRcRaRrCLPV TC電動(dòng)機(jī)1C2C3C4C5C6CV D1 V D2 V D3V D4 VD5V D6V D7 V D8 VD9V D10 V D 11 V D12V D13 V D14 V D15V T1 V T2VT3V T4V T5 V T6V D16V D17 VD18圖 無刷直流電機(jī)在三三導(dǎo)通方式下的工作原理 三相逆變橋的電路簡圖如上圖所示，控制逆 變管的導(dǎo)通和關(guān)斷可以把直流電逆變成矩形波三相交流電，圖中 R、 Y、 B為逆變橋的輸出。線電壓 RYU ， YBU ， BRU的波形如圖（ c）所示，可以看出，它們的幅值為 U，三者之間互差 120176。~60176。~180176。~300176。 而在電源一側(cè)，電源電壓的平衡方程式為 （ ） 加在電機(jī)繞組端的電源電壓 ，一部分產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢 ，另一部分消耗在 阻抗（線圈電阻 和漏電感 ）上。此時(shí)如果外負(fù)載不變，則 不變， 將增加，也就是使磁通量增加。實(shí)際上，因?yàn)闊o法控制 的大小，通常是忽略在阻抗上產(chǎn)生的壓降，用調(diào)節(jié)電源電壓 來近似地代替調(diào)節(jié) ，使其跟隨頻率的變化，保持磁通量近似恒定，即 （ ） 這就是為什么在變頻的同時(shí)也要變壓，即 VVVF。由于諧波成 分大大減少，驅(qū)動(dòng)效果可以達(dá)到基本滿意的水平。 圖 SPWM波形 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 圖 SPWM波生成方法 三相逆變開關(guān)管生成 SPWM 波的控制方式有單極性控制和雙極性控制兩種。 （ 2）雙極性控制。每一條正弦波與等腰三角形載波的交點(diǎn)決定了同一橋臂（同相）逆變開關(guān)管的開通與關(guān)斷的時(shí)間。 圖 （ e）是線電壓 的輸出波形，同理也可以得到 。 載波頻率的提高，受逆變開關(guān)管的最高開關(guān)頻率限制。 使調(diào)制波頻率與載波頻率的比值等于常數(shù)，即