无刷直流电动机控制方法的研究

三相无刷直流电机原理和控制方法一、BLDC电机的工作原理：BLDC电机是由无刷电机和电子调速器组成的系统。

其工作原理主要包括定子和转子两部分。

1.定子部分：BLDC电机的定子上有三个永磁铁，分别是U、V、W相。

这三个相互相隔120度，每个相上都有两个定子绕组。

当定子绕组通电时，会在定子上形成一个旋转的磁场。

2.转子部分：BLDC电机的转子上有多个永磁铁，通常为四个或六个。

这些永磁铁构成了转子的磁极，通过转子上的轴向磁力使得电机可以旋转。

3.电子调速器：BLDC电机的电子调速器主要由功率器件和控制电路组成。

控制电路通过传感器检测电机的转子位置和速度，并根据外部的控制信号来控制功率器件的开关，从而控制电机的转速和运行状态。

BLDC电机的工作原理是通过改变定子绕组的电流方向以产生旋转磁场，进而旋转转子来完成工作的。

二、BLDC电机的控制方法：BLDC电机的控制方法主要包括传感器控制和传感器无控制两种。

1.传感器控制：传感器控制是通过传感器检测电机的旋转位置和速度，并将这些信号反馈给控制器，从而调整电机的驱动信号来控制电机的运行状态和转速。

传感器控制的优点是精确度高、控制稳定，但需要安装传感器，增加了电机的结构复杂性和成本。

2.传感器无控制：传感器无控制是通过算法来估计电机的转子位置和速度，而无需使用传感器。

常见的传感器无控制方法有基于反电动势法和基于电流观测法。

基于反电动势法是通过测量电机绕组的反电动势来推测转子位置和速度。

该方法简单直观，但对低速和低转矩的控制效果不好。

基于电流观测法是通过观察电机绕组的电流变化来推测转子位置和速度。

该方法相对准确，但对电流测量的要求较高。

传感器无控制的优点是结构简单、成本低，但其精确度和控制稳定性相对较差。

三、总结：BLDC电机将传统的有刷直流电机中的机械换向器替换成了电子换向器，具有结构简单、效率高、控制精度高和使用寿命长等优点。

其工作原理是通过改变定子绕组的电流方向以产生旋转磁场，进而旋转转子来完成工作的。

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。

小功率永磁无刷直流电动机的设计和仿真研究摘要永磁无刷直流电动机是把电机、电子和稀土材料的高新技术产品发展紧密的结合在一起的新型电机，它具有单位体积转矩高、重量轻、转矩惯量小、控制简单、能耗少和调速性能好等优点，因而在航天航空、数控机床、机器人、汽车、计算机外围设备、军事等领域及家用电器等方面都获得了广泛的应用。

因此，设计性能优异的永磁无刷直流电机具有重要的理论意义和应用价值。

本论文系统的研究了35w小功率永磁无刷直流电机的本体设计，包括设计方法、有限元分析、性能计算、软件仿真等。

本文主要的研究内容如下：1、综述了永磁无刷直流电机的研究现状、存在问题和发展前景，分析了永磁无刷直流电机的基本理论。

2、建立永磁无刷直流电机的数学模型，先利用解析法对该电机进行电磁设计，然后利用有限元法对电机进行优化。

3、基于星形连接三相三状态的控制电路，利用Infolytic公司的MagNet电磁场分析软件建立了永磁无刷直流电机的有限元分析模型，仿真分析其静态气隙磁场分布及动态带负载时的电机特性。

并将软件仿真所得结果与设计计算结果进行比较分析，验证了设计方法的正确性。

关键词：电机设计，无刷直流电动机，有限元分析，稳态特性第一章绪论1．1永磁无刷直流电动机的发展状况永磁无刷直流电动机是一种新型的电动机，其应用广泛，相关技术仍然在不断的发展中，该类电动机的发展充分体现了现代电动机理论、电力电子技术和永磁材料的发展过程。

其中，永磁材料、大功率开关器件、高性能微处理器等的快速发展对永磁无刷直流电动机的进步功不可没。

1821年9月，法拉第建立的世界上第一台电机就是永磁电机，自此奠定了现代电机的基本理论基础。

十九世纪四十年代，人们研制成功了第一台直流电动机。

1873年，有刷直流电动机正式投入商业应用。

从此以后，有刷直流电动机就以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，占据了极其重要的地位。

随着生产的发展和应用领域的扩大，对直流电动机的要求也越来越高。

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。

摘要摘要近些年来，随着人们对保护生态环境意识的逐渐提高，电动车得到了迅速发展，相信这种电动车在将来会成为人们广泛应用的一种交通工具。

本文介绍了基于TMS320LF2407的霍尔位置传感器直流无刷电机控制系统的设计原理和设计过程。

以如何构建该系统为中心，侧重于TMS320LF2407技术在BLDCM 控制系统中的具体应用。

首先对直流无刷电机的基本组成环节、基本工作原理作了详细的介绍，分析了直流无刷电机的换相过程和PWM 信号的分配情况。

在此基础上，提出了基于DSP 技术的有位置传感器设计方案，并根据该方案分别进行了硬件电路和系统软件的设计与调试。

硬件部分先作了整体设计的论述，然后对主要的电路设计，及一些重要电子元器件及其参数的选择做了介绍。

软件部分也首先介绍了整体设计，接着详细论述了软件实现方面的几个问题。

关键词：电动车；无刷直流电动机；霍尔位置传感器；TMS320LF2407ABSTRACTABSTRACTIn the recent years，as People are gradually awareness of protecting the ecological environment，the electric vehicles has been rapid developed. So we believe the electric vehicles will be widely used in the future.This document presents the theory and process of the design for a hall position sensor BLDCM motor using TMS320LF2407. Regard how to structure the control system with TMS320LF2407 chip as the center in this paper .I first talk about the basic component part, the basic running principle of the BLDG motor. Followed, it analyses the course of changing phase and distributing of PWM signal. Based on these facts, we present the sensor solution for BLDG motor, design the hardware system and software system. The part of hardware design first expounds the whole design. Then the design of several primary circuits is discussed and the choice of some important electronic components and their parameters in these circuits is analyzed. The part of software design also first discusses the whole design. Then some problems on soft ware realization are dissertated.Key words ：the electric vehicles；BLDCM；hall position sensor；TMS320LF2407毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

永磁无刷直流电机及其控制摘要：永磁无刷直流电机有着高效率、长寿命、低噪音和机械性能好的显著优势，在航空航天、汽车、家用电器和军事等领域应用广泛。

随着社会经济和科学技术的高速发展，工业生产技术水平得到了很大提升，永磁无刷直流电机取得了显著的发展成就，与传统永磁有刷直流电机对比而言，现代永磁无刷电机保障各项设备安全稳定运行的能力更强，具有良好的控制性能，有利于提高企业的生产效率。

基于此，本文将概述无刷直流电机的基本结构和工作特点，并探讨永磁无刷直流电机控制技术。

关键词：永磁无刷电机；控制技术；智能控制如今，节能减排已经成为经济与能源可持续发展的必由之路，是我国工业化发展的重要方向和重要目标，永磁无刷直流电机有着低耗能、高效率和应用广的显著优势，是国家大力支持的绿色环保高新技术项目，符合目前机电产品小型化、模块化和智能化的发展要求，具有很广的发展前景。

在材料科学技术高速发展的背景下，高性能半导体元器件不断涌现，导磁材料磁性有了大幅度提高，这是推动电机行业快速发展的重要力量，与此同时，传感器技术的进步，直接增强了角位置传感器的性能、精度和稳定性，大大提高了永磁无刷直流电机的控制精度，所以，探讨永磁无刷直流电机及其控制技术，有利于充分发挥我国是世界上最大稀土储藏国这一优势，对推动高效节能电机系统构建和促进工业生产低碳化具有重要意义。

一、无刷直流电机基本结构与工作特点无刷直流电机取消了电刷，以此来实现无机械接触式换相，而且把永磁磁钢和电枢绕组分别放在了转子侧和定子侧，这样就构成了“倒装式直流电机”结构，要准确地控制电机转速和转向，无刷直流电机需要具备由转子位置传感器与逆变器共同组成的换相装置，其定子结构和普通同步电机或感应电机类似。

针对一般的三相无刷直流电机，Y联结或者△联结是常见的电枢绕组结构，由于需要兼顾投入成本和系统性能，比较常用的则是Y联结和三相对称且无中性点引出的电机方式。

短距分布式、整距分布式和整距集中是无刷直流电机主要的绕组形式，绕组方式在很大程度上决定着电机的反电动势波形，对电机的性能带来很大的影响，通常情况下，整距集中绕组可以获得很好的梯形反电动势波形，而采用短距绕组则会在一定程度上削弱转矩波动。

无刷直流电动机无传感器低成本控制方法关键词：无刷直流电动机无位置传感器控制可编程逻辑器件1引言无刷直流电机的无传感器控制是近年来电机驱动领域关注的一项技术。

无位置传感器控制的关键在于获得可靠的转子位置信号，即从软、硬件两个方面间接获得可靠的转子位置信号来代替传统的位置传感器［1~3］。

采用无传感器控制技术的无刷电机具有结构简单、体积小、可靠性高和可维护性强等优点，使其在多个领域内得到了充分的利用［4］。

目前对于无传感器无刷电机的控制多采用单纯依靠DSP软件控制的方法［5］，但是由于控制算法计算量大，执行速度较慢，且DSP成本较高，不利于以后向市场推广。

同时也出现了应用于无传感器BLDCM控制的一些专用的集成电路［6］，但由于这些芯片可扩展性和通用性较低，而且价格昂贵，只适用于低压、小功率领域。

为了扩展无传感器BLDCM应用领域，降低其控制系统的成本，扩充控制系统的功能，增加控制系统的灵活性，本文以MCU+PLD方式组成控制系统的核心，利用PLD数字逻辑功能，分担MCU 的逻辑运算压力，使MCU和PLD的功能都得到了最大程度的发挥。

对于无位置传感器BLDCM控制系统，本文着重分析了换相控制策略和闭环调速，最后通过仿真和实验，验证了控制系统的合理性和可行性。

2系统的总体硬件设计本文中所设计系统是以8位PIC单片机和PLD构成的硬件平台，硬件结构框图如图1所示。

功率逆变电路采用三相全桥逆变结构，电机定子绕组为Y接法，电机工作模式为三相6状态方式。

在本文无传感器控制方式中采用反电动势过零位置检测方法，位置检测电路根据电机端电压获取3路位置信号，将信号送入PIC单片机进行软件移相后得到3路换相信号，由可编程逻辑器件进行逻辑解码后输出6路驱动开关管的前极信号，通过驱动芯片IR2233产生驱动信号以控制各开关管的导通与关断。

该系统采用速度单闭环方式，通过改变PWM的占空比以达到调速的目的。

本文中选用Microchip 公司的单片机PIC16F874作为控制核心，它内部有8K的FLASH 程序存储器，368字节的数据存储器（RAM），256字节的EEPROM数据存储器，14个中断源，8级深度的硬件堆栈，3个定时/计数器，两个捕捉/比较/PWM （CCP）模块，10位多通道A/D转换器等外围电路和硬件资源⑹。

目录一、前言二、系统方案设计1、系统设计要求 (2)2、系统总体框架 (3)3、主电路供电方案选择 (3)4、逆变电路的选择 (4)三、基于MC33035的无刷直流电动机调速系统 (5)1、MC33035无刷直流电动机控制芯片 (5)2、基于MC33035的无刷直流电动机调速系统设计 (7)四、无刷直流电机调速系统的MATLAB仿真 (9)1、电源、逆变桥和无刷直流电机模型 (10)2、换相逻辑控制模块 (10)3、PWM调制技术 (14)3.1、等脉宽PWM法 (16)3.2、SPWM(Sinusoidal PWM)法 (16)4、控制器和控制电平转换及PWM发生环节设计 (17)5、系统的仿真、仿真结果的输出及结果分析 (18)5.1、起动，阶跃负载仿真 (18)5.2、可逆调速仿真 (20)一、前言无刷直流电机的发展直流电动机由于其在运动控制领域的卓越扭矩特性已得到广泛应用，与传统的直流电动机和机械毛刷，可靠性差的需要，减刑会产生电磁干扰，噪声，火花，无线电干扰和寿命短的致命弱点，具有较高的生产成本和维修问题的严重影响，如联合直流电动机控制系统的进一步发展的弊端。

随着社会生产力，人民生活水平不断提高的发展，他们不断开发新类型的电机。

科学技术的进步，新兴技术和新材料，同时也进一步推动电动汽车将继续推出新产品。

对于传统的直流电机，只要30年早在20世纪的上述缺点，人们开始开发一个电子交流始终以取代无刷直流电动机刷机，并提出相应数量的结果。

但是，这只是高功率处于发展的初级阶段的电子设备，没有找到理想的电子换向元件。

使这个运动只能停留在实验室研究阶段，没有推广。

1955年，美国四哈里森，谁首先提出了晶体管使用该电机接替该专利申请的机械换向器，这是现代无刷直流电动机的原型。

但是，因为没有马达的起动转矩，使其不能成为产品。

后来，经过多年的艰苦工作的人，终于由霍尔元件实现无刷直流电动机换意味着在1962年来，创造了直流无刷电机产品的时代。