无刷直流电动机控制系统设计

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1、无刷直流电动机控制系统设计方案第1章概述11.1无刷直流电动机的发展概况11.2无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较21.3无刷直流电动机的结构及基本工作原理31.4无刷直流电动机的运行特性61.4.1机械特性61.4.2调节特性61.4.3工作特性71.5无刷直流电动机的应用与研究动向8第2章无刷直流电动机控制系统设计方案102.1无刷直流电动机系统的组成102.2无刷直流电动机控制系统设计方案122.2.1设计方案比较122.2.2无刷直流电动机控制系统组成框图13第3章无刷直流电动机硬件设计153.1逆变主电路设计153.1.1功率开关主电路图153.1.2逆变开关

2、元件选择和计算153.2逆变开关管驱动电路设计173.2.1IR2110功能介绍173.2.2自举电路原理193.3单片机的选择203.3.1PIC单片机特点203.3.2PIC16F72单片机管脚排列及功能定义223.3.3PIC16F72单片机的功能特性223.3.4PWM信号在PIC单片机中的处理233.3.5时钟电路233.3.6复位电路243.4人机接口电路243.4.1转把和刹车243.4.2显示电路253.5门阵列可编程器件GAL16V8273.5.1GAL16V8图及引脚功能273.6传感器选择28563.7周边保护电路303.7.1电流采样及过电流保护303.7

3、.2LM358双运放大电路313.7.3欠电压保护323.8电源电路32第4章无刷直流电动机软件设计334.1直流无刷电机控制器程序的设计概况334.2系统各部分功能在软件中的实现334.3软件流程图34结束语36致谢37参考文献38附录139附录25156第1章概述1.1无刷直流电动机的发展概况无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，这一渊源关系从其名称中就可以看出来。有刷直流电动机从19世纪40年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间内一直在运动控制领域占据主导地位。但是，有机械接触电刷-换向器一直是电流电机的一个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限

4、制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。1955年美国的D.Harrison等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步，在无刷直流电动机发展的早期，由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段，可靠性差，价格昂贵，加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约，使得无刷直流电动机自发明以后的一个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留

5、在实验室阶段，无法推广使用，1970年以后，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型的全控型半导体功率器件（如GTR、MOSFET、IGBT等）相继问世，加之高磁能积永磁材料（如SmCo、NsFeB）陆续出现，这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础，无刷直流电动机系统因而得到了迅速的发展。在1978年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的MANNESMANN公司正式推出了MAC无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮，这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。随着人们对无刷直流电动机特性了解的日益深入，无刷直流电动机的理论也逐渐得

6、到了完善。1986年，H.R.Bolton对无刷直流电动机作了全面系统的总结，指出了无刷直流电动机的研究领域，成为无刷直流电动机的经典文献，标志着无刷直流电动机在理论上走向成熟。我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。1987年，在北京举办的联邦德国金属加工设备展览会上，SIEMENS和BOSCH两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意，自此国内掀起了研制开发和技术引进的热潮。经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，形成了一定的生产规模。561.2无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较表1-1无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比

7、较项目无刷直流电动机有刷直流电动机换向借助转自子位置传感器实现电子换向由电刷和换向器进行机械换向维护由于没有电刷和换向器，很少需要维护需要周期性维护寿命比较长比较短机械（速度/力矩）特性平（硬）在负载条件下能在所有速度上运行中等平（中等硬）。在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小效率由于没有电刷压降，所以效率高中等输出功率/外形尺寸之比高由于电枢绕组设置在与机壳相连的定子上，容易散热。这种优异的热传导特性允许减小电动机的尺寸，所以输出功率/外形尺寸之比高中等/低。电枢产生