机电一体化毕业设计单片机控制直流电机调速系统

直流无刷电机毕业设计

毕业设计论文

论文题目： 直流无刷电机

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Abstract

Brushless DC Motor

摘 要

无刷直流电机是最近发展起来的结合了多学科技术的一种新型电机，结合机电一体化，具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠性、免维护等优点，同时还具有低噪声和长寿命等特点。非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性能价格比更好,是现代化调速驱动的最佳选择。

目前无刷电机已广泛应用于各种领域，如医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业、轻工机械、电动自行车等。

无刷直流电机的控制要比普通有刷电机的控

制要复杂得多。目前直流电机的控制方法主要有两种，一种是采用专用得直流电机控制芯片，如Motorola公司的MC33035；另一种控制方法各个厂家根据自己的需求采用单片机或DSP进行开发设计。

本设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48写入控制程序，从而形成一种高性能直流无刷电机控制器。其不但能实现MC33035直流电机控制芯片的全部功能，而且具有接口灵活，功能完善，成本低廉、全数字控制等优点，用户能根据不同应用场合进行灵活配置。

关键词：无刷直流电机、HALL、PWM

目 录

Abstract ............................................................................................... 错误!未定义书签。

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一、总体设计概述

本设计基于8051单片机为主控芯片，霍尔元件为测速元件， L298N为直流伺服电机的驱动芯片，利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度，同时可通过矩阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作，并由LCD显示速度的变化值。

二、直流电机调速原理

根据直流电动机根据励磁方式不同，分为自励和它励两种类型，其机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速，总满足下式：

式中U——电压；

Ra——励磁绕组本身的内阻；

——每极磁通（wb ）;

Ce——电势常数；

Ct——转矩常数。

由上式可知，直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。

电枢控制法在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻，通过调节电阻改变电枢电压，达到调速的目的，这种方法效率低，平滑度差，由于串联电阻上要消耗电功率，因而经济效益低，而且转速越慢，能耗越大。随着电力电子的发展，出现了许多新的电枢电压控制法。如：由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压；脉宽调制（PWM）调压等。调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点，在工业生产中广泛使用，其中PWM应用更广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上的电压的“占空比”来改变平均电．

压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。如果电机始终接通电源是，电机转速最大为Vmax，占空比为D=t1/t，则电机的平均转速：Vd=Vmax*D，可见只要改变占空比D，就可以调整电机的速度。平均转速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。

现代驱动与控制　ｎ　垂　

基于ｄｓＰＩＣ单片机的无刷直流电机控制系统　

刘清官　朱景伟　刘东星　

大连海事大学（１１６０２６）　

Ａ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｓＰＩＣ　ＭＣＵ　

Ｌｉｕ　Ｑｉｎｇｇｕａｎ　Ｚｈｕ　Ｊｉｎｇｗｅｉ。Ｌｉｕ　Ｄｏｎｇｘｉｎｇ　

Ｄａｌｉａｎ　Ｍａｒｉｔｉｍｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

摘要：设计了基于ｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１１单片机的无刷直　

流电机控制系统，给出了控制系统硬件和软件的实现方　

法，以及实测波形和结果。实验结果表明该系统结构简　

单，稳定性好，可靠性高。　

关键词：无刷直流电机ｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１　１　ＰＩ调节　

中图分类号：ＴＭ３０６文献标识码：Ａ　

ＤＯＩ编码：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎｌ００６．２８０７．２０１１．０４．００８　

Ａｂｓｔｒａｃｔ＂Ａ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ　ＤＣ　Ｍｏｔｏｒ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１　１　ＭＣＵ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　Ｔｈｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ　

ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｗａｓ　ｐｒｏ—　ｐｏｓｅｄ，ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　

ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｓｅｅｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙ　ｓｔｅｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ　

ｗａｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｆｕｒｔｈｅｒ　ｍｏｒｅ，ｓｐｅｅｄ　ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ　

ａｎｄ　ｓｍｏｏｔｈ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢＬＤＣＭ　ｄｓＰＩＣ３０Ｆ４０１１　ＰＩ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　

无刷直流电动机没有激磁损耗，散热容易，　

具有效率高，过载能力强、无换向火花和调速性　

毕业设计 用单片机控制的电机交流调速系统

毕业设计

毕业设计任务书

毕业设计 用单片机控制的电机交流调速系统

毕业设计题目：单片机控制的电机交流调速系统设计

毕业设计目的：

本课题是一个单片机应用系统，包括硬件和软件两部分。通过本毕业设计，学生要掌握硬件设计和软件编程，为以后的工作做好准备。

毕业设计任务：

1.基于51单片机设计单片机系统硬件，包括整流器，滤波器，逆变器，触发器等；

2.使用PROTEL软件画系统硬件电路；

3.自行设计程序并作注释。

毕业设计主要技术数据：

1.单片机使用89c51，交流电机额定功率4KW,额定转速1200r/min；

毕业设计工作量要求：

论文正文应有各个电路模块说明，硬件电路图，源程序，结论或改进，字数不少于5000字（不包含图所占）

毕业设计 用单片机控制的电机交流调速系统

毕业设计进度计划：

第1周：下达毕业设计任务，认真分析选题要完成的任务及技术指标，然后向指导教师汇报自己的理解，指导教师指出学生的问题，对于合理建议应给与肯定，并修改功能和技术指标；

第2周：查阅、收集资料，根据修改后的功能和技术指标，选择确定总体方案，及时和指导教师交流，征求指导教师意见;

第3周：根据方案设计硬件系统。完成硬件电路设计，画出硬件电路图，征求指导教师意见；

第4周：完成软件部分整体框架设计；

第5周：画出软件流程图，完成关键部分软件设计；完成全部软件设计，征求指导教师建议；

第6周：整理资料，撰写完整规范的毕业设计报告（论文）并交指导教师审阅；准备答辩提纲，进行毕业答辩。

毕业设计应完成的技术资料：