无刷直流电机控制系统的Proteus仿真

前言 (1)正文 (1)2.1 设计目的和意义 (1)2.1.1 设计目的 (1)2.1.2 设计意义 (1)2.2 设计方法 (1)2.3设计内容 (2)2.3.1 89C51单片机介绍 (2)2.3.2内容概要 (3)2.4电路分析 (3)2.4.1程序流程图 (3)2.4.2元件清单 (4)2.4.3程序电路图 (5)2.4.4程序运行结果 (5)2.4.5 Proteus调试与仿真 (5)结论 (6)总结 (7)参考文献 (8)直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂．功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。

随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。

采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

正文2.1 设计目的和意义2.1.1 设计目的作为理工科的学生应该在学习与动手实践中提高自己的专业技能知识，通过课程设计使我进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤；通过利用AT89C52单片机，理解单片机在自动化装置中的作用以及掌握单片机的编程调试方法；通过设计一个简单的实际应用输入控制及显示系统，掌握protues和Wave以及各种仿真软件的使用。

现在的学习都是为以后的发展而做铺垫，通过课程设计提高自己的动手能力。

2.1.2 设计意义加深理解直流电机在单片机上的运用，增进对电路仿真的兴趣。

2.2 设计方法定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。

基于Proteus和AVR单片机的无刷直流电机控制系统仿真孙晓旭;王劲松;安志勇【摘要】文中设计的无刷直流电机控制系统选择ATmega128单片机作为主控芯片，使用了EDA工具软件Proteus设计了无刷直流电机的控制系统，并进行了仿真实验。

在仿真实验中利用Proteus软件的仿真功能，进行了电机转速控制的实验，控制系统的可行性以及转速控制效果得到了验证。

实验过程中能直观地看到实验结果，所设计的系统满足了无刷直流电机转速控制的要求，电机运行稳定，在硬件电路和软件设计都有一定的辅助作用。

%This paper designed a BLDCM simulation control system, which chose ATmega128 single-chip microcomputer as its main control chip, with the EDA tools software Proteus and AVR Studio software platform. Using Proteus finished the simulation experiment, tested the feasibility and the controlling result of control system. Experimental results show that the control system can meet the design requirements of controlling the BLDCM's revolving speed. The system's function is stable and reliable and it can assist the design of hardware circuit.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2015(000)019【总页数】4页(P174-176,180)【关键词】Proteus;AVR单片机;无刷直流电机;仿真;控制系统【作者】孙晓旭;王劲松;安志勇【作者单位】长春理工大学光电工程学院，吉林长春 130022;长春理工大学光电工程学院，吉林长春 130022;长春理工大学光电工程学院，吉林长春 130022【正文语种】中文【中图分类】TN710永磁无刷直流电动机不使用电刷和换向器组成的机械换向机构而是使用电子的直流电动机。

17作者简介：高珮文(1996— )，女，硕士研究生，研究方向为电力系统自动化。

高文，李乾坤，刘圣荇，王皓，吴旭鑫(西安工程大学 电子信息学院，陕西 西安 710089)摘 要：基于STM32F103C6芯片控制的双闭环控制系统的整体电路图，设计出了无刷直流电动机驱动电路、逆变电路、速度检测电路和电流检测电路；利用PID 算法，通过双闭环调速，能够使得无刷直流电机平稳运行，并在转速发生变化时，快速达到准确值。

通过对双闭环检测算法的优化，使得调速更加精确。

利用Proteus 软件对整体系统进行了仿真验证，实验结果表明，系统结构设计合理，硬件设计方案可行，控制算法正确。

关键词：无刷直流电机控制；Proteus 仿真；双闭环控制；数字式PID 调速中图分类号：TM36+1 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2021)05-0017-05 Abstract: Based on the overall circuit diagram of double closed-loop control system controlled by the STM32F103C6 chip, this paper makes designs of drive circuit, inverter circuit, speed detection circuit and current detection circuit of the brushless DC motor. The brushless DC motor can run smoothly and quickly reach an accurate value when the speed changes through applying PID algorithm and the double closed-loop speed regulation. In addition, the double closed-loop detection algorithm can be optimized to make the speed regulation more ac-curate. The whole system has been simulated in the Proteus, and the experimental results show that the system structure design is reasonable, the hardware design scheme is feasible, and the control algorithm is correct.Key words: brushless DC motor control; Proteus simulation; double closed-loop control; digital PID speed regulationGAO Pei-wen, LI Qian-kun, LIU Sheng-xing, WANG Hao, WU Xu-xin（School of Electronics and Information, Xi’an Polytechnic University, Xi’an 710089, China ）Design of Brushless DC Motor Control System Based on Proteus基于Proteus的无刷直流电机控制系统设计0 引言随着工业的不断发展，电机的控制也涌现出越来越多的方式，而伴随着微处理器与电力电子技术的诞生与发展，用微处理器控制电机也成为一项值得研究的技术；随着我国工业化生产发展，对于电机的要求也越来越高[1]，而无刷直流电机作为一种结构简单、调速性能好、启动转矩大、寿命长、噪音小的电机有了非常广泛的应用[2]；伴随着电力电子技术、计算机技术和传感器技术的迅速发展，无刷直流电机的控制也有了突破性的发展[3]，目前我国对永磁无刷直流电机的应用起步较晚，在民用方面仍然存在一些缺陷[4]。

基于LPC2124的直流电机调速系统Proteus仿真1直流电机、减速器及传感器选型设计要求驱动轮式机器人，两轮的直径相同为0.1m，驱动电机选用直流电机，为了满足加速度需求，每个电机配备了减速装置，且两轮为独立驱动。

小车运行过程中自带电池，电池的供电电压为+24VDC，为满足机器人比赛需要，经需求分析可得该机器人运动控制系统的最大速度为：5.0m/s，最大加速度为：20m/，控制方案采用闭环控制方案。

通过计算可知，在没有减速器的情况下，电机应达到955r/min才能实现最大转速5.0m/s，启动时间应该小于0.25s才能达到最大加速度20m/的要求。

所以，可以选择额定电压24V，空载转速2500r/min的直流电机，采用调速比2.5的减速器，加速度要求通过软件实现。

系统要求采用闭环控制方案，本设计采用转速单闭环控制，选用旋转编码器作为测速传感器。

旋转编码器不仅精度高，而且安全稳定、维护方便，在Proteus 库里有配套旋转编码器的直流电机，方便仿真。

理论上旋转编码器的光栅数越大，测速越精确，但是光栅数的增大会增加制作难度和成本，本设计只是用于轮式机器人的测速，采用光栅数1024的旋转编码器足以，同时可以采用四倍频电路提高转速分辨率。

在基于Proteus仿真的直流电机调速系统中，由于各种限制，设计并不能达到系统的具体要求，但是可以作为一个可供参考的调速模型。

2直流电机调速系统硬件设计2.1硬件系统结构图直流电机转速单闭环调速系统硬件结构图如图1 所示图1 直流电机转速单闭环调速系统硬件结构图2.2 LPC2124简介LPC2124是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器，并带有256KB嵌入的高速Flash存储器。

128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行，且可使用16位Thumb 模式。

LPC2124支持多种通信接口，包括UART，和SPI等串行接口以及PWM输出接口，外围接口部分设计极为方便、灵活。

直流电机调速资料汇总一．使用单片机来控制直流电机的变速.一般采用调节电枢电压的方式.通过单片机控制PWM1.PWM2,产生可变的脉冲.这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。

C语言代码：#include<AT89X52.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit K5=P1^4;sbit K6=P1^5;sbit PWM1=P1^0;sbit PWM2=P1^1;sbit FMQ=P3^6;uchar ZKB1,ZKB2;void delaynms(uint aa){uchar bb;while(aa--){for(bb=0;bb<115;bb++) //1ms基准延时程序{;}}}void delay500us(void){int j;for(j=0;j<57;j++){;}}void beep(void){uchar t;for(t=0;t<100;t++){delay500us();FMQ=!FMQ; //产生脉冲}FMQ=1; //关闭蜂鸣器delaynms(300);}void main(void){TR0=0; //关闭定时器0TMOD=0x01; //定时器0.工作方式1TH0=(65526-100)/256;TL0=(65526-100)%256; //100us即0.01ms中断一次 EA=1; //开总中断ET0=1; //开定时器0中断TR0=1; //启动定时器T0ZKB1=50; //占空比初值设定ZKB2=50; //占空比初值设定while(1){if(!K5){delaynms(15); //消抖if(!K5) //确定按键按下{beep();ZKB1++; //增加ZKB1ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2就减少}}if(!K6){delaynms(15); //消抖if(!K6) //确定按键按下{beep();ZKB1--; //减少ZKB1ZKB2=100-ZKB1; //相应的ZKB2增加}}if(ZKB1>99)ZKB1=1;if(ZKB1<1)ZKB1=99;}}void time0(void) interrupt 1{static uchar N=0;TH0=(65526-100)/256;TL0=(65526-100)%256;N++;if(N>100)N=0;if(N<=ZKB1)PWM1=0;elsePWM1=1;if(N<=ZKB2)PWM2=0;elsePWM2=1;}//显现：电机转速到最高后.也就是N为1或99时.再按一下.就变到99或1. //电机反方向旋转以最高速度二、内容及要求：1、设计一个直流电机调速系统.并用单片机实现连接开关和数码显示并将其值输入直流电机调速系统。

江苏科技大学本科毕业设计（论文）学院机电与汽车工程专业机械电子工程学生姓名李佳男班级学号 1045523218指导教师张鹏二零一四年五月江苏科技大学本科毕业论文基于Proteus的直流无刷电机控制仿真Simulation of brushless dc motor control based on the Proteus中文摘要直流无刷电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。

目前为止，虽然在传动应用领域当中占据主导的地位是各种交流电动机以及直流电动机，但是直流无刷电动机正在迅猛发展,日益受到人们广泛的关注。

BLDC电机具有直流电机方便调速的优点，但它没有机械换向的种种问题，同时扩大了调速的范围。

此外还有很多有优点,比如噪音比较低，效率高以及转矩波动较小，具有重要的研究意义。

本文在学习Proteus仿真软件的基础上，利用dsPIC33FJ12MC202单片机进行了直流无刷电机的控制研究,实现了仿真的硬件电路及单片机程序的仿真。

通过MPLAB软件对代码进行编写和调试，并且结合Proteus软件的硬件仿真。

最终得到实验结果。

以此为基础，通过程序实现了开环控制、PID控制、门限值控制等不同方案的设计；通过进行这些比较,得出开环控制难以获得较好的控制效果，而PID控制与门限值控制相比PID控制的灵活性及控制精度更高。

关键词：直流无刷电机；单片机；Proteus；仿真AbstractBrushless DC motor is based on the development of the brush DC motor . So far, although the transmission occupy the dominant position of application fields are various ac motor and dc motor, brushless dc motor is growing rapidly, however, is becoming more and more attention by people. BLDC motor has the advantages of convenient dc motor speed control motors, but it has no problems of mechanical commutation, at the same time expanding the scope of speed control. There are a lot of advantages , such as low noise, high efficiency and torque ripple is lesser, have important research significance. In this paper, based on the study of Proteus simulation software, using dsPIC33FJ12MC202 single-chip microcomputer for the study of brushless dc motor control . Realize the simulation of the hardware circuit and program. Through MPLAB software to write and debug code, and the combination of Proteus software hardware simulation .Finally the experimental results are obtained. On this basis, through the application implements open loop control and PID control, threshold control, different schemes of design; Through the comparison, it is concluded that open loop control is difficult to achieve good control effect, and compared with the threshold control PID control, PID control more flexibility and higher control precision.Keywords: Brushless DC moto r;single-chip microcomputer; Proteus; simulation目录第一章绪论 (1)1.1选题的目的和意义 (2)1.2国内直流无刷电机控制研究现状 (3)1.3本文主要研究内容 (3)第二章直流无刷电机的结构和工作原理 (4)2.1直流无刷电机的结构 (5)2.2直流无刷电机工作原理 (7)2.3直流无刷电机电机特性 (7)2.3.1 机械特性 (7)2.3.2 调速特性 (8)第三章硬件电路设计 (9)3.1 Proteus软件介绍 (9)3.2Proteus软件特点 (9)3.3 直流无刷电机的Proteus仿真模型 (10)3.4 Proteus中硬件电路搭建过程 (15)3.5 Proteus代码写入方法 (16)3.6 PCB布线过程 (16)3.6.1加载网络表及元件封装 (16)3.6.2规划电路板并布局 (17)3.6.3布线并调整 (18)3.6.4输出及制作PCB (21)第四章软件设计 (22)4.1 MPLAB软件介绍 (22)4.2单片机概述 (25)4.3直流无刷电机的控制策略 (26)4.3.1 控制策略选取考量 (27)4.3.2 PID控制策略简介 (27)4.4子程序设计及代码的通读与解释 (27)4.4.1初始化子程序 (27)4.4.2转子位置检测子程序 (29)4.4.3 PWM脉宽调制子程序 (30)4.4.4 ADC中断服务子程序 (32)4.4.5 PID算法子程序 (35)4.4.6延时服务子程序 (37)4.5主函数代码的通读与解释 (38)4.6开环控制与闭环控制的设计 (39)4.7门限控制代码的设计与解释 (40)第五章调试过程与结果分析 (41)5.1 MPLAB/PROTEUS调试过程及结果分析 (41)5.2 PID参数整定过程及结果分析 (42)5.3开环控制与闭环控制结果分析 (44)5.4 PID控制与门限值控制与结果分析 (46)第六章全文总结 (47)6.1论文总结 (48)6.2论文中存在的不足之处及改进方法 (48)致谢 (49)参考文献 (50)附录A系统原理总图及分图 (51)附录B开环控制源代码 (58)附录C闭环控制源代码 (69)第一章绪论1.1选题的目的和意义大家都知道，有刷直流电机驱动采用机械换向器的方法，方法非常的简单。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.13.001基于Labview和proteus的直流电机控制系统的设计与仿真①彭昌权（广东省粤东高级技工学校 广东汕头 515000）摘 要：本文主要简述了利用单片机作为控制核心的直流电机的调速原理，其控制核心为AT89C51单片机，从而实现直流电机的速度调整。

简述了系统的整体框架，详细介绍了系统的主要功能模块的设计思想以及方案实现的大体思路。

采用Labview和Proteus两款软件设计一个直流电机控制系统，用AT89C51单片机作为系统的核心控制。

它的电机的远程控制则采用串口通讯技术来实现电机。

在系统中采用LCD1602显示器作为显示部件，显示当前转速，电机速度与运行方式通过按键调整。

利用Proteus设计直流电机仿真调速系统的设计方法，更加便捷实用地实现了对电机的直接控制。

关键词：单片机 Labview Proteus 直流电机 控制系统中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)05(a)-0001-02在当前时代科技快速发展的背景下，以往的直流电机因为它的控制系统和驱动电路较为复杂、成本很高，完成后修改难度非常高，可变性较差很难适应当前时代的要求，因为此些缺点以往的直流电机正慢慢地被电路简单可靠，灵活方便，成本低廉，通用性强的基于单片机控制的直流电动机所取代。

本设计就采用当前流行的单片机来对直流电机进行控制，从而使直流电机定位精度更高，具有更强的可靠性和运动性能等。

在利用上位机对直流电机进行监控，更加直观地观察直流电机的运行情况。

1 系统硬件组成部分本文采用51单片机的软件和硬件结合进行控制运用串口通讯技术实现电机的远程控制操作。

上位机是PC机运行监控软件LABVIEW,对直流电机的运行状态进行显示，对下位机Proteus进行参数设置和命令传递，从而完成对直流电机的控制。

AT 89C 51单片机收集直流电机的运行信息，通过Configure Virtual Serial Port Driver串口软件传输到上位机Labview软件比较直流电机的实际速度跟给定速度和PID 的计算。

基于uC/COS的直流电机PID转速闭环调速控制系统Proteus仿真实现在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。

随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。

但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统如传动控制系统中，传统电机如直流电机乃有很大的优势，而要对其进行精确而又迅速的控制，就需要复杂的控制系统。

随着微电子和计算机的发展，数字控制系统应用越来越广泛，数字控制系统有控制精确，硬件实现简单，受环境影响小，功能复杂，系统修改简单，有很好的人机交换界面等特点。

在电机控制系统开发中，常常需要消耗各种硬件资源，系统构建时间长，而在调试时很难对硬件系统进行修改，从而延长开发周期。

随着计算机仿真技术的出现和发展，可用计算机对电机控制系统进行仿真，从而减小系统开发开支和周期。

计算机仿真可分为整体仿真和实时仿真。

整体仿真是对系统各个时间段对各个对象进行计算和分析，从而对各个对象的变化情况有直观的整体的了解，即能对系统进行精确的预测，如Matlab就是一个典型的实时仿真软件。

实时仿真是对时间点的动态仿真，即随着时间的推移它能动态仿真出当时系统的状态。

Proteus是一个实时仿真软件，用来仿真各种嵌入式系统。

它能对各种微控制器进行仿真，本系统即用Proteus对直流电机控制系统进行仿真。

在系统软件开发中开发中可用操作系统，也可不用操作系统。

如用操作系统，程序可实现模块化，并能对系统资源进行统筹管理，最主要的是可实现多任务运行。

如果需要多任务并行运行，并且需要一定的时间间隔，某些任务对时间的要求不高时，如不用操作系统则要占用定时器资源，并且对栈空间和硬件资源很难进行管理，所以在这种情况下需要操作系统。

本系统用操作系统uC/COS.uC/COS是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核.uC/COS 已经有很多产品成功使用的案例且得到美国军方的认证，说明了该系统的可靠性。