3.8保护报警电路的设计..20

3.9本章小结21

第四章无刷直流电机控制系统软件设计...22

4.1系统主程序的设计22

4.2初始化子程序的设计..22

4.3PWM波形子程序的设计23

4.4霍尔传感器读取子程序的设计.24

4.5电流环速度环子程序的设计...25

4.6上位机显示子程序的设计.29

4.7本章小结...29

第五章结论...30

5.1毕设总结...30

5.2实验结果...30

5.3不足之处...31

致谢33

参考文献.34

第一章绪论

1.1 无刷直流电机概述

无刷直流电机一般是由电动机本体，位置传感器以及电子开关电路三部分组成，电动机本体主要包括带有电枢绕组的定子和带有永磁级的转子[1]。电机定子上嵌放着三相整距集中绕组，它们一般是采用星形接法。电机转子上则不再是和普通直流电机一样嵌放转子绕组，而是粘有已经充满磁的永磁体。为了检测转子的位置，我们通常在电机的内部放入几个位置传感器，比如说编码器或者霍尔传感器。而驱动器主要由信号放大电路以及逆变电路所构成。电子开关电路包括驱动电路和逆变电路，驱动电路用来驱动电力晶体管工作；逆变电路的作用则是将直流电转换为交流电做电机的输入[2]。

图1-1无刷直流电机示意图

无刷直流电机相比于以往的有刷直流电机而言，有以下几方面优点：

①无电刷，低干扰。无刷直流电机除去了电刷之后，就没有了有刷电机换相时的电火花，这就导致电机寿命增加，也减少了电火花对其他设备的干扰。

②噪音低，运行流畅。无刷电机去除电刷之后，其运行时噪音明显降低，运行也比有刷电机流畅许多。③寿命长，维护成本低。无刷电机少了电刷，就没有了电刷与换向器之间摩擦产生的机械损耗，其效率就上升。这样的话，无刷电机的损耗就基本集中在轴承上了，其维护成本也下降不少。

1.2 无刷直流电机现阶段研究情况

由于微电子器件和电力电子器件的飞速进展，人们对研究各种直流电机的欲望也逐渐提升，而且在1955年左右取得了有效性突破，美国人D.Harrison和他的团队利用晶体开关管的通断来代替电机以前机械电刷的换相，从而研制出了第一台无刷直流电机[3]。

人们在二十世纪七十年代开始广泛将单片机运用在电机控制系统中。人们可以在单片机中编写一些复杂算法来控制电机，同时单片机还能采集一些变量以及显示在LCD屏上，单片机系统就是一个完整电机控制系统的核心部分[4]。通过单片机的广泛使用，我们可以极大地提高电机控制系统性能，但是这也存在一些不足。例如，为了实现用户程序的保存，单片机内部ROM区容量会不够，此时就要在单片机外部外接存储器来存储程序；为了进行高分辨率模拟信号的输入，就要在单片机外围电路中接入高精度的(A/D)转换器，这样的话系统可靠性就会减小。此外，电路板的大小和成本也会随着板载元器件的增多而增大。还有，单片机处理能力比较弱，主频低，无法实施现代控制中的高级算法比如神经网络之类的算法。最后，一般的单片机可以通过定时器发出PWM脉冲，但是其控制精度不高，这也导致一般的单片机无法用在高精度电机控制场合。

随着时代的发展，市场上也陆续出现一些电机专用控制芯片。电机专用控制芯片虽然在使用灵活性上存在一定的缺点，比如无法像人们想象的那样编程，但我们也不能忽略它的优点，例如它的硬件执行力强，因此人们能通过它来检测电机的各种传感器信号，并且它的价格比较实惠，执行速度也比较快[5]。但此类芯片也有很多不足之处，它最大的不足在于控制精度比较低下，而在一些系统控制要求较高的场合，此类芯片就无法满足其控制要求。