【正文】 要領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用與發(fā)展。 直流無刷電機(jī)的主要研究方向采用永久磁鐵的直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)子，氣隙磁通保持在常值，因此它非常適用于恒轉(zhuǎn)矩運行狀態(tài)，但是對于恒功率運行狀態(tài)，雖然直流無刷電機(jī)難以直接改變磁通以此來進(jìn)行弱磁控制，但是進(jìn)行控制改進(jìn)的改進(jìn)也還是可以得到弱磁控制的效果。1987年，聯(lián)邦德國金屬加工設(shè)備展覽會在北京舉辦，當(dāng)時BOSCH和SIEMENS兩家公司相繼展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，這在我們當(dāng)時國內(nèi)，引起了眾多相關(guān)研究學(xué)者的關(guān)注，自此以后，國內(nèi)也相繼掀起了研發(fā)和技術(shù)引進(jìn)的熱潮。在1986年，在總結(jié)中，他指出了無刷直流電動機(jī)的眾多研究領(lǐng)域，標(biāo)志著無刷直流電動機(jī)在理論上走向成熟。1978年，在當(dāng)時的漢諾威貿(mào)易博覽會上， MANNESMANN公司正式推出了 一種MAC無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動器，它的出現(xiàn)，在當(dāng)時引起了世界各國的極大關(guān)注，隨后，研發(fā)和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮也在國際上噴涌而出，這也就標(biāo)志著無刷直流電機(jī)正在逐步地走向?qū)嵱秒A段。如電動自行車、電動汽車、電梯、抽油煙機(jī)、豆?jié){機(jī)、小型清污機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等。現(xiàn)今，直流無刷電機(jī)集電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動調(diào)速系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，半導(dǎo)體技術(shù)、開關(guān)型晶體管的研發(fā)成功這些都給新型的無刷直流電動機(jī)的創(chuàng)造帶來機(jī)遇。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，作為最早的電動機(jī)有刷直流電動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，它憑借著優(yōu)良的調(diào)速性能，在應(yīng)用調(diào)速理念的領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，可是有一個原因限制了它進(jìn)一步的發(fā)展，那就是機(jī)械換相裝置的存在?，F(xiàn)階段，很少見到一些國外買進(jìn)來的設(shè)備中會有以有刷直流電機(jī)作為執(zhí)行系統(tǒng)的情況了，比如說美國、日本等的相關(guān)公司已經(jīng)不再會去大幅度地生產(chǎn)有刷直流電動機(jī)。在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動機(jī)一樣，不過無刷直流電動機(jī)的電樞繞組是處在定子上的，永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上，采用多相形式的電樞繞組，在通過逆變器之后，然后連接到直流電源上面，定子方面利用了電子換向來替換傳統(tǒng)電機(jī)的電刷和換向器，在各繞組依次通電后，跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場會氣隙中生成，同時與轉(zhuǎn)子的主磁場相互作用，因此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，和其它電機(jī)相比，直流無刷電機(jī)具有高可靠性和高效率等優(yōu)勢，由于現(xiàn)階段，隨著具體性能的提高與價格的下降等優(yōu)勢的新型稀土永磁材料不斷出現(xiàn)，這給永磁直流無刷電機(jī)在成本方面帶來了下降，因此其優(yōu)勢將會越發(fā)的凸顯出來。直流無刷電機(jī)集特種電機(jī)、變速結(jié)構(gòu)、檢測元件、控制軟件與硬件于一體，形成新一代伺服系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果，是機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。目前無刷電機(jī)的各方面的應(yīng)用已經(jīng)遍布各種各樣的領(lǐng)域，辦公自動化和工廠自動化等方面就比較的需要小功率直流無刷電機(jī)，例如家用電器或者是外設(shè)復(fù)印機(jī)等等。關(guān)鍵詞：直流無刷電機(jī)；單片機(jī)；MATLAB第一章 緒論 研究意義直流無刷電機(jī)是一種新型電機(jī)，由于它結(jié)合機(jī)電一體化，因此有高動態(tài)響應(yīng)、高熱容量、高效率和高可靠性等等諸多優(yōu)勢，而且長壽命、低噪聲和低成本等方面也是其它的優(yōu)勢。隨著這社會的不斷發(fā)展、人們的生活水平不斷提高，同時辦公自動化、現(xiàn)代化生產(chǎn)、發(fā)展等關(guān)鍵設(shè)備也都慢慢走向高智能化、小型化和高效率化，電機(jī)作為執(zhí)行元件的重要部分，需要具有效率高、速度快和精度高等等特點，因此直流無刷電機(jī)的應(yīng)用得到了逐步的推廣。直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要繼有刷直流電動機(jī)發(fā)展后，無刷直流電機(jī)也相繼有了發(fā)展。目前，盡管各種各樣的直流電動機(jī)和交流電動機(jī)在工業(yè)傳動應(yīng)用中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，但無刷直流電動機(jī)也正備受關(guān)注。本設(shè)計首先介紹了直流無刷電機(jī)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，然后研究了直流無刷電機(jī)的基本運行原理，再次建立了以AT89C51單片機(jī)為核心的硬件電路和軟件流程圖，最后在MATLAB中搭建仿真模型，仿真結(jié)果驗證了直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的正確性。從現(xiàn)階段來看，隨著不斷地有新材料技術(shù)的出現(xiàn)，直流無刷電機(jī)的發(fā)展也因此獲得了良好的契機(jī)。所以說，無刷電機(jī)目前正在快速地取代傳統(tǒng)電機(jī)的地位。直流無刷電機(jī)集交流電機(jī)和直流電機(jī)優(yōu)點于一體，它既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電機(jī)運行效率高、調(diào)速性能好的特點，同時無勵磁損耗。在一些發(fā)達(dá)的國家里，無刷直流電機(jī)逐步替代了有刷直流電機(jī)的地位而應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。由上可知，相對于其它類型電動機(jī)來說，無刷直流電機(jī)還是一種新型電機(jī)，它的驅(qū)動、控制更是和電子技術(shù)息息相關(guān)，因此，對直流無刷電機(jī)本體及其控制方法進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究有著十分重要的現(xiàn)實意義。它的機(jī)械電刷和換向器由于始終不斷地要進(jìn)行強(qiáng)迫性接觸，這將會帶來可靠性差、火花、噪聲等各種各樣的棘手問題，會直接影響他的性能和調(diào)速的精度。“直流無刷電機(jī)”的概念已有最初的具有電子換相器的直流電機(jī)發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機(jī)外部特性的電子換相電機(jī)。直流無刷電機(jī)具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在：調(diào)速方便(可無級調(diào)速)，調(diào)速范圍寬，低速性能好(起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小)，運行平穩(wěn)，噪音低，效率高，應(yīng)用場合從工業(yè)到民用極其廣泛。電力電子技術(shù)的進(jìn)步對無刷直流電動機(jī)的發(fā)展來說具有一個很大的推動作用，在其發(fā)展的早期，當(dāng)時處于初級發(fā)展階段的大功率開關(guān)器件，不僅可靠性差，而且其價格昂貴，同時又受到驅(qū)動控制技術(shù)水平、永磁材料兩方面的制約，這導(dǎo)致自發(fā)明以后的無刷直流電機(jī)在一段很長的時間內(nèi)，只能處于實驗室研究階段，沒有辦法得到應(yīng)有的推廣與發(fā)展，20世紀(jì)七十年代，伴隨著電力電子工業(yè)的高速發(fā)展，各種新型的全控型半導(dǎo)體功率器件如春雨般出現(xiàn)在世人眼前，這為它后來廣泛應(yīng)用與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在人們對無刷直流電機(jī)不斷的了解基礎(chǔ)上，無刷直流電機(jī)的理論也逐步進(jìn)行了完善與改進(jìn)。無刷直流電機(jī)對與我國來說，對其研究的還是比較晚。經(jīng)過多年的不懈努力，目前，我們國內(nèi)已研制出無刷直流電動機(jī)的一系列的產(chǎn)品。稀土永磁材料具有可產(chǎn)生很大的氣隙磁通的優(yōu)點，由于此，可以大大縮小轉(zhuǎn)子的半徑，同時也可以減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，因而，當(dāng)伺服驅(qū)動系統(tǒng)要求具有非常良好的靜態(tài)特性或者高動態(tài)響應(yīng)的時候，直流無刷電機(jī)相比較于交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)就凸顯出了它更多的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，直流無刷電機(jī)的研究主要在以下方面進(jìn)行介紹：(1) 無機(jī)械式轉(zhuǎn)子位置傳感器控制作為整個驅(qū)動系統(tǒng)中最為脆弱的部件轉(zhuǎn)子位置傳感器，不僅在成本和復(fù)雜性為系統(tǒng)增加的負(fù)擔(dān)，而且系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性也受到了下降，與此同時還要占據(jù)一定的空間位置等等。無轉(zhuǎn)子位置傳感器運行本質(zhì)上就是需要在不使用機(jī)械傳感器的前提下，以電機(jī)的電流和電壓信息來獲取轉(zhuǎn)子磁極的準(zhǔn)確位置。目前的這些方法里面都或多或少的存在這各自的缺陷，不過依然在完整中； 2 反電動勢法——具體包括了直接反電動勢法、間接反電動勢法和派生反電動勢積分法等等；3 定子三次諧波檢測法；(2) 轉(zhuǎn)矩脈動控制由于無刷直流電機(jī)具有轉(zhuǎn)矩脈動等固有缺陷，尤其是在伴隨著轉(zhuǎn)速的升高，或者換向的時候，轉(zhuǎn)動脈動會產(chǎn)生加劇的現(xiàn)象，以至于導(dǎo)師平均轉(zhuǎn)矩明顯下降。(3) 智能控制在運動控制研究領(lǐng)域當(dāng)中，伴隨著信息技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，先進(jìn)的控制理論就是其中一個新的發(fā)展方向，特別是智能控制方面的應(yīng)用。所謂的模糊控制，就是將一些成熟經(jīng)驗和規(guī)則有機(jī)地融入到所研究的傳動控制策略當(dāng)中去，目前，已經(jīng)有很多方面得到了非常成功的應(yīng)用。 直流無刷電機(jī)的特點及應(yīng)用保持著有刷直流電機(jī)的良好機(jī)械及控制特性的直流無刷電機(jī)，在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動機(jī)一樣，不過無刷直流電動機(jī)的電樞繞組是處在定子上的，永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上，采用多相形式的電樞繞組，在通過逆變器之后，然后連接到直流電源上面，定子方面利用了電子換向來替換傳統(tǒng)電機(jī)的電刷和換向器，然后各相依次通電產(chǎn)生電流，定子磁場和轉(zhuǎn)子磁極主磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，也就沒有了勵磁損耗，又由于主磁場是恒定的，因此鐵損也是極小的(在方波電流驅(qū)動時，電樞磁勢的軸線是脈動的，會在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)產(chǎn)生一定的鐵損，和方波電流驅(qū)動相比，采用正弦波電流驅(qū)動鐵損更小)。 由于不但擁有交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點的無刷直流電動機(jī)，它還又具有運行效率高、無勵磁損耗同時調(diào)速性能又好等優(yōu)勢，因此，故在現(xiàn)階段社會發(fā)展的各個領(lǐng)域，比如儀表儀器、化工、輕紡以及家用電器等方面的應(yīng)用日益普及。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在功率不大于10KW且連續(xù)運行的情況下，為了減少體積，節(jié)省材料，提高效率和降低能耗，越來越多的電機(jī)正被直流無刷電機(jī)逐步取代，這類應(yīng)用有：自動門、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)等。 速度需要任意設(shè)定和調(diào)節(jié)，但控制精度要求不高的調(diào)速系統(tǒng)分為兩種：一種是開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，另一種是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(此時的速度反饋器件多采用低分辨率的脈沖編碼器或交、直流測速等)。這在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、物料輸送機(jī)械、紡織機(jī)械和交通車輛中有大量應(yīng)用。這些年來，各式各樣的中小功率型交流變頻系統(tǒng)正逐漸被直流無刷電機(jī)系統(tǒng)所替換，這正是由于直流無刷電機(jī)重量小、體積小和高效節(jié)能等諸多優(yōu)勢，尤其是在印刷機(jī)械、紡織機(jī)械等原先主要應(yīng)用的是變頻系統(tǒng)的領(lǐng)域，而對于某些直流電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，它們一直直接由電池來供電的，則更多的被直流無刷電機(jī)所代替。在實際情況下，伺服電動機(jī)擁有這各式各樣的控制形式如：電流控制、轉(zhuǎn)矩控制、位置控制和速度控制等等。現(xiàn)階段，對于掃描儀、醫(yī)療診斷CT、CD唱機(jī)驅(qū)動、數(shù)控車床驅(qū)動及計算機(jī)硬盤驅(qū)動等都大量應(yīng)用直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)用于精密控制。 文章結(jié)構(gòu)本文的大致結(jié)構(gòu)如下：第一章：主要介紹了直流無刷電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，國內(nèi)外發(fā)展水平和研究情況；直流無刷電機(jī)的主要研究方向，直流無刷電機(jī)的控