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前言本课程设计题目“无刷直流电机程序设计”，指导老师教授，设计时间从3月7日至6月12日。
电机的程序设计是进行电机设计的有力工具，它对开发电机的新系列、新产品所起的作用是人所共知的。
日前，越来越多的从事电机产品设计开发的工程技术人员重视和使用这门技术并且在实际应用中获得了越来越显著的成就。
电机作为一门学科已有较长的发展历史，随着电机工业的发展，特别是由于应用了电子计算机技术，使其面貌焕然一新。
众所周知，电机运行时牵涉到电、磁、机械热等多方面的问题。
因此，电机的设计是一个非常复杂的问题，其数学模型相当复杂，设计计算相当麻烦，由于人工计算效率很低，精确度有限，如果在电机设计中应用电子计算机，不仅计算时间大大缩小，将使工程技术人员从繁琐的机械的数学计算中解放出来，而且设计方案的计算围也扩大了许多，设计出来的方案无论从数量上还是从质量上都有很大的突破。
本次课程设计进度可分为如下五个阶段：一、熟悉原理 10%二、设计框图 20%三、编制程序 30%四、调试程序与运行 30%五、写说明书 10%本次课程设计中，始终得到了指导老师光中教授的大力指导，特别在熟悉无刷直流电机原理的阶段中，光中教授经常在百忙之中亲临指导，在此，致以衷心感谢。
第1章绪论1.1 无刷直流电机的发展应用概及其况无刷直流电机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展下来的一种新型直流电机。
它是现代工业设备、现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。
一个多世纪以来，电机作为机是能量转换装置，其应用围已遍及生产中的各个领域以及人们的日常生活之中。
电机主要类型有同步电机、步电机与直流电机三种。
在此所要讨论的是直流无刷电机。
众所周知，直流电机具有运行效率高和调整性能好等诸多优点，随着用途的扩大，对直流电机的要求也就越来越高。
显然，有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机的应用场合。
因传统的直流电机均采用电刷，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使弱点，再加上制造成本高及维修难等缺点而限制了它的应用围，致使目前工农业生产上，大多均采用三相步电机。
无刷直流电机控制系统设计与实现一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效率、低噪音、长寿命等优点，在电动工具、航空航天、汽车电子、家用电器等多个领域得到了广泛应用。
然而，要实现无刷直流电机的高效、稳定运行，离不开先进且可靠的控制系统。
本文旨在对无刷直流电机控制系统的设计与实现进行深入探讨，分析控制策略、硬件构成和软件编程，并结合实例，详细阐述控制系统在实际应用中的表现与优化方向。
通过本文的研究，希望能够为相关领域的学者和工程师提供有价值的参考，推动无刷直流电机控制系统技术的进一步发展和应用。
二、无刷直流电机基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器代替传统机械换向器的直流电机。
其基本工作原理与传统的直流电机相似，即利用磁场与电流之间的相互作用产生转矩，从而实现电机的旋转。
但与传统直流电机不同的是，无刷直流电机在结构上取消了碳刷和换向器，采用电子换向技术，通过电子控制器对电机内部的绕组进行通电控制，从而实现电机的旋转。
无刷直流电机通常由定子、转子、电子控制器和位置传感器等部分组成。
定子由铁芯和绕组组成，负责产生磁场；转子则是由永磁体或电磁铁构成，负责在磁场中受力旋转。
电子控制器是无刷直流电机的核心部分，它根据位置传感器提供的转子位置信息，控制电机绕组的通电顺序和通电时间，从而实现电机的连续旋转。
位置传感器则负责检测转子的位置，为电子控制器提供反馈信号。
在无刷直流电机的工作过程中，当电机绕组通电时，会在定子中产生一个旋转磁场。
由于转子上的永磁体或电磁铁与定子磁场之间存在相互作用力，转子会在定子磁场的作用下开始旋转。
当转子旋转到一定位置时，位置传感器会向电子控制器发送信号，电子控制器根据接收到的信号控制电机绕组的通电顺序和通电时间，使定子磁场的方向发生变化，从而驱动转子继续旋转。
无刷直流电动机及驱动系统设计无刷直流电动机是一种能够将电能转化为机械能的电机，它不仅具有高效率、高功率密度、大扭矩和高转速等优点，同时还能在宽范围内调整转速和控制扭矩。
因此，无刷直流电动机及其驱动系统设计成为了工业应用和个人消费电子产品中常见的一种电机类型。
无刷直流电动机驱动系统由电机本体、功率器件、传感器、微控制器和控制算法等组成。
首先，电机本体是电机的核心部分，包括转子、定子、磁铁和绕组等。
转子是电机的运动部分，由永磁体和轴承支撑。
定子是电机的静止部分，由铁芯和绕组组成。
磁铁是电机的永磁体，产生磁场以与永磁体上的磁场相互作用。
绕组是由导线绕制的线圈，通过流过电流产生磁场。
其次，功率器件是驱动系统的关键部分，用于将电能从电源转化为机械能。
一般采用MOSFET或IGBT等功率器件，以实现高速开关和较高电流能力。
它们能够承受高电压和大电流，并快速切换，使得电机能够根据控制信号调整转速和扭矩。
传感器是驱动系统中用于检测电机位置和转速的重要组成部分。
常见的传感器有霍尔传感器、反电动势传感器和编码器等。
霍尔传感器通过检测磁场强度变化来确定转子的位置，反电动势传感器通过测量绕组中电流变化产生的反电动势来确定电机的转速，编码器则能够提供更准确的位置和速度信息。
微控制器是驱动系统中负责控制电机运行的核心部件。
它包含了控制算法、控制逻辑和通信接口等功能，通过与传感器和功率器件进行交互来实现对电机转速、扭矩和方向的精确控制。
微控制器能够根据输入的控制信号，通过调节电流和电压来控制电机的运行状态。
最后，控制算法是驱动系统的重要组成部分，在实际应用中起到至关重要的作用。
常见的控制算法包括PID控制、电流环控制、速度环控制和位置环控制等。
PID控制通过调整比例、积分和微分控制器的系数来达到稳定控制的效果。
电流环控制通过直接或间接测量电机电流，以控制电机的转矩和速度。
速度环控制通过测量电机转速，并根据所需转速和实际转速之间的差异来调整控制信号。
无刷直流电机驱动器设计及性能分析近年来，随着技术的发展，无刷直流电机在家用电器、工业机器人、无人机等诸多领域中得到广泛应用。
其高效、低噪音、轻便等优势备受青睐。
而其驱动器则是其能够正常工作的关键。
本文将对无刷直流电机驱动器的基本原理、设计方法及性能分析进行探讨。
一、无刷直流电机驱动器基本原理无刷直流电机驱动器（BLDC）是由功率电子器件和从电源充电的电容器构成的。
功率电子器件是根据电机之间的驱动信号产生高速的交替变化，从而实现电机转速的变化。
由于 BLDC 电机没有换向器，因此无需要芯片来控制半导体器件的开关，包括N-通道 MOS 开关和 P-通道 MOS 开关。
BLDC 电机驱动器的基本原理是控制三个相位通道的 MOS 开关，在每个电机旋转位置的感应中断输入往复计数器，然后即使转动位置控制逐个 MOS 开关。
BLDC 电机转动，而我们所说的桥式整流器此时就不需要。
在驱动器中，每个 MOS 开关只在一半的电压和电流下开启，并在检测到输出电平之后进行关闭。
然后，它们主要用于切换电机的工作电压。
在电机旋转时，BLDC 驱动器应在每个位置处精确控制电机输入的电压和电流。
在控制器中，应有一个电压比例反馈回路以改变速度。
此时，驱动器将从电机光电池接收任彼此间的信号，直接提供电动力。
二、无刷直流电机驱动器设计方法1.选择适当的功率元器件在设计 BLDC 驱动器时，首先需要考虑的是选取适当的功率元器件。
为了实现高性能与高效率，需要选择高质量的 Mosfet 元器件（低电阻、低加电压、低反馈电容），以及更实用、便于焊接和组装的电阻、电容和电感器等高精度元器件。
2.确定布局和排线在回路设计的过程中，布局和排线也是非常重要的，其中关键布局需要进行特别的选择。
布线方案直接影响 BLDC 驱动器的性能和噪声，也会影响温度的稳定性。
因此，建议使用双面 PCB 板逐层布线，并结合物理上更大的泳道。
在布线结束后，需要进行连通性测试以确保无误。
直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言1.1 题目综述直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。
与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。
基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。
比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。
1.2 国内外研究状况目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。
外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。
当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。
近些年来，计算机和控制技术快速发展。
单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。
经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。
所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。
1.3 课题设计的主要内容本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。
选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。
本课题涉及的技术概括如下：（1）学习直流无刷电机的基本结构、工作原理、数学模型等是学习电机的前提和首要内容。
D I NE N I S O9001:2000D I N EN I S O 14001Foreword / 前言To Our Valued Customers,Alcatel-Lucent Dunkermotoren is a world class leader in high quality motion control solutions to meet the ever increasing demands for cost effective and reliable drive solutions.Our comprehensive product range offers the flexibilityto provide customized solutions as well as standardized components.The catalog represents Dunkermotoren´s years of engineering excellence.The Dunkermotoren Team will continue to utilize our outstanding engineering and industrial capabilities to meet the requirements helping you to succeed.Wishing you great success in your business.Nikolaus GräfGeneral Manager 致我们尊敬的客户,阿尔卡特-朗讯旗下的德恩科电机是世界一流的运动控制领域的领先制造商,它提供的优质的传动控制解决方案，满足了客户对成本和可靠性日益增长的的需求。
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无刷直流电动机控制系统设计方案第1章概述 (1)1.1 无刷直流电动机的发展概况 (1)1.2 无刷直流永磁电动机和有刷直流永磁电动机的比较 (2)1.3 无刷直流电动机的结构及基本工作原理 (3)1.4 无刷直流电动机的运行特性 (6)1.4.1 机械特性 (6)1.4.2 调节特性 (6)1.4.3 工作特性 (7)1.5 无刷直流电动机的使用和研究动向 (8)第2章无刷直流电动机控制系统设计方案 (10)2.1 无刷直流电动机系统的组成 (10)2.2 无刷直流电动机控制系统设计方案 (12)2.2.1 设计方案比较 (12)2.2.2 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 (15)3.1 逆变主电路设计 (15)3.1.1 功率开关主电路图 (15)3.1.2 逆变开关元件选择和计算 (15)3.2 逆变开关管驱动电路设计 (17)3.2.1 IR2110功能介绍 (17)3.2.2 自举电路原理 (19)3.3 单片机的选择 (20)3.3.1 PIC单片机特点 (20)3.3.2 PIC16F72单片机管脚排列及功能定义 (22)3.3.3 PIC16F72单片机的功能特性 (22)3.3.4 PWM信号在PIC单片机中的处理 (23)3.3.5 时钟电路 (23)3.3.6 复位电路 (24)3.4 人机接口电路 (24)3.4.1 转把和刹车 (24)3.4.2 显示电路 (25)3.5 门阵列可编程器件GAL16V8 (27)3.5.1 GAL16V8图及引脚功能 (27)3.6 传感器选择 (28)3.7 周边保护电路 (30)3.7.1 电流采样及过电流保护 (30)3.7.2 LM358双运放大电路 (31)3.7.3 欠电压保护 (32)3.8 电源电路 (32)第4章无刷直流电动机软件设计 (33)4.1 直流无刷电机控制器程序的设计概况 (33)4.2 系统各部分功能在软件中的实现 (33)4.3 软件流程图 (34)结束语 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录1 (39)附录2 (51)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。
无刷直流电机控制系统的设计——毕业设计学号：1008421057本科毕业论文（设计）(2014届)直流无刷电机控制系统的设计院系电子信息工程学院专业电子信息工程姓名胡杰指导教师陆俊峰陈兵兵高工助教2014年4月摘要无刷直流电机的基础是有刷直流电机，无刷直流电机是在其基础上发展起来的。
现在无刷直流电机在各种传动应用中虽然还不是主导地位，但是无刷直流电机已经受到了很大的关注。
自上世纪以来，人们的生活水平在不断地提高，人们在办公、工业、生产、电器等领域设备中越来越趋于小型化、智能化、高效率化，而作为所有领域的执行设备电机也在不断地发展，人们对电机的要求也在不断地改变。
现阶段的电机的要求是高效率、高速度、高精度等，由此无刷直流电机的应用也在随着人们的要求的转变而不断地迅速的增长。
本系统的设计主要是通过一个控制系统来驱动无刷直流电机，主要以DSPIC30F2010芯片作为主控芯片，通过控制电路采集电机反馈的霍尔信号和比较电平然后通过编程的方式来控制直流无刷电机的速度和启动停止。
关键词：控制系统；DSPIC30F2010芯片；无刷直流电机AbstractBrushless dc motor is the basis of brushless dc motor, brushless dc motor is developed on the basis of its. Now in all kinds of brushless dc motor drive applications while it is not the dominant position, but the brushless dc motor has been a great deal of attention.Since the last century, constantly improve the people's standard of living, people in the office, industrial, manufacturing, electrical appliances and other fields increasingly tend to be miniaturization, intelligence, high efficiency, and as all equipment in the field of motor is in constant development, people on the requirements of the motor is in constant change. At this stage of the requirements of the motor is high efficiency, high speed, high precision and so on, so is the application of brushless dc motor as the change of people's requirements and continuously rapid growth.The design of this system mainly through a control system to drive the brushless dc motor, mainly dspic30f2010 chips as the main control chip, through collecting motor feedback control circuit of hall signal and compare and then programmatically to control the speed of brushless motor and started to stop.Keywords: Control system; dspic30f2010 chip; brushless DC motor目录摘要 (I)Abstract (III)目录 (IV)1 引言 01.1 研究背景及意义 01.2 国内外研究现状 (1)1.3 设计任务与要求 (1)2 基本理论 (1)2.1 无刷直流电机的结构以及基本原理 (1)2.2 无刷直流电机的运行特性 (4)2.3 无刷直流电机的应用 (5)3 直流无刷直流电机控制系统的设计 (6)3.1 无刷直流电动机系统的组成部分 (6)3.2 无刷直流电机控制系统的设计 (8)4 直流无刷电机的电路设计 (9)4.1 开关电路的设计 (9)4.2 保护电路的设计 (9)4.3 驱动电路的设计 (10)4.4 反馈电路的设计 (10)4.5 电源电路的设计 (11)5 直流无刷电机控制系统的软件设计 (11)5.1 系统功能的实现 (12)5.2 软件流程图 (12)6 实物成果及展望 (13)致谢 (16)参考文献 (16)附录 (19)1 引言近年来随着微电子技术自动控制技术和新型永磁材料的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。
