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化设备及家用电器领域，其主要发展趋势就是采用“DSP+运动控制器”的开放式数字控
制系统，不仅具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制精确、通用性好等特
点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的能力。
本课题是在深入学习运动控制特点的基础上，以直流电机作为控制对象，对电机的调
控技术与系统实时应用展开研究。
1.2 直流电机的发展现状
一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的
各个领域以及人们的日常生活之中。电动机主要类型有同步电动机、异步电动机与直
流电动机三种，其容量小到几瓦大至上万上千瓦。众所周知，直流电动机具有运行效
率高和调速性能好等诸多优点，但传统的直流电动机均采用电刷，以机械方法进行换
向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致
命弱点。再加上制造成本高及文修困难等缺点，从而大大地限制了它的应用范围，致
使目前工农业生产上，大多数均采用三相异步电动机。
随着社会生产力的发展，人们生活水平的提高，需要不断地开发各种新型电动机。
科学技术的进步，新技术新材料的不断涌现，更促进了电动机产品的不断推陈出新。
针对上述传统直流电动机的弊病，早在本世纪 30 年代，就有人开始研制以电子换向
来代替电刷机械换向的直流无刷电动机，并取得了一定成果。但由于当时大功率电子
器件仅处于初级发展阶段，没能找到理想的电子换相元器件，使得这种电动机只能停
留在实验室研究阶段，而无法推广使用。1955 年，美国的哈利森等人首次申请了应用
晶体管换代替电动机机械换向器换向的专利，这就是现代直流电动机的雏形。但由于
该电动机尚无起动转矩而不能产品化。尔后又经过人们多年努力，借助霍尔元件来实
现换相的直流无刷电动机终于在 1962 年问世。从而开创了直流无刷电动机产品化的
新纪元。70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多新型的高性能半导体功率
器件，如 GTR、MOSFET、IGBT 等相继出现，以及高性能永磁材料，如钐钻、钕铁
硼等的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。
由于直流无刷电动机既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、文护方便等一系
列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多特点，
故在当今国民经济各个领域，如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方
面的应用日益普及。如计算机硬盘驱动器和软盘驱动器里的主轴电动机、录像机中的
伺服电动机，均数以百万计地运用直流无刷电动机。
1.3 相关技术和算法
本课题涉及学科包括 DSP 技术及应用，PID控制算法，PWM 控制技术等众多领域。
（1）DSP 技术及应用
DSP 技术就是对数字信号进行处理（特别是实时处理）的一门技术。DSP 芯片的
应用几乎已遍及电子与信息的每一个领域，常见的典型应用有：通用数字信号处理、
语音识别与处理、图形/图像处理、仪器仪表、自动控制、医学工程、家用电器、通信等。
（2）PID控制算法
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性
高，被广泛用于过程控制和运动控制中。数字PID控制算法是将模拟PID离散化得到，
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