电动真空泵驱动用无刷直流电机控制器的设计_毕业论文

1 绪论无刷直流电机[1]（Brushless DC Motor ,简称BLDCM）用电子换相取代了直流电机的机械换相，把永磁材料做成转子，省去了电刷，因而它具有很强的生命力。

无刷直流电机的驱动电路能比较容易的获得方波，反馈装置简单，功率密度高，输出转矩大，控制结构简单，使得BLDCM的应用比直流电机要广泛得多。

1.1 课题研究目的与意义一个世纪以来，电机作为机电能量转换装置，其应用已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。

众所周知，直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点，但是传统的直流电机均采用电刷，以机械方法进行换向，因而存在机械摩擦，由此带来噪声、电火花、无线电千扰以及寿命短等致命弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大地限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上，大多数采用三相异步电机。

无刷直流电机既具备传统直流电机运行效率高、调速性能好、无励磁损耗的优点，又具有结构简单、运行可靠、维护方便等独特的优势，特别是与传统直流电机相比，无刷直流电机不采用电刷进行换相，因而不存在机械换相带来的诸多缺点，故在许多高科技领域中应用越来越广泛。

在军事装备领域，使用无刷直流电机能更好地满足快响应、高精度的要求。

对常规武器如雷达的天线控制系统、高射武器的自动跟踪系统等，这些随动系统必须具备很高的角速度、角加速度和很高的跟踪精度，快速跟踪和准确定位是两个重要的技术指标，其控制器的好坏直接影响着装备战术技术性能，因此，如何使随动系统具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、跟踪精度高等特点成为研究随动系统的关键。

近十年来，用高新技术武装的各种新型武器如战术导弹、隐形飞机、武装直升机等空中武器不断涌现，其目标识别能力、隐蔽程度、目标命中精度均大大提高，这给武器随动系统提出了新的要求。

在民用领域，随着现代电力电子技术、传感器技术、精密机械技术、自动控制技术以及人工智能技术等高新技术的发展，对电动机的要求从过去简单的提供动力发展到精确控制，从而促进了电动机与电子产品紧密结合的机电一体化产品的发展，如激光加工、机器人、数控机床、柔性制造系统等。

无刷直流电机控制系统的设计与优化一、引言无刷直流电机作为一种新型的电机，具有高效率、小体积、高转矩等优点，近年来在领域中得到广泛应用。

如何优化无刷直流电机控制系统，提高其控制精度和效率，成为研究领域中的重要问题。

本文旨在通过对无刷直流电机控制系统的设计及优化进行分析，为提高其控制效率带来一定的启发和参考。

二、无刷直流电机控制系统设计无刷直流电机控制系统通常包括三个部分：电机驱动器、电机控制器和传感器。

其中，电机驱动器主要负责向电机提供足够的电力，电机控制器主要负责控制电机的速度、位置、方向等参数，传感器则用于对电机的运动状态进行实时监测和反馈。

下面将分别对三个部分进行详细的介绍。

1、电机驱动器电机驱动器通常由直流电源、功率管、电池管理系统组成。

其中，直流电源负责提供电力，功率管则用于控制电机的电流大小和方向，电池管理系统则用于对电池的电量进行监测和管理。

在电机驱动器的设计中，需要考虑到电路的安全性、效率和可调节性等因素。

常见的电机驱动器有谐波驱动器、交流异步驱动器、开环驱动器和闭环驱动器等。

2、电机控制器电机控制器主要是通过控制电机的电流和电压来实现对电机转速、位置和力矩的控制。

在电机控制器的设计中，需要考虑到控制方式、控制精度和反馈方式等因素。

常见的电机控制器有开环控制器、闭环控制器、矢量控制器、降噪控制器和滑模控制器等。

3、传感器传感器通常是用于检测电机运动状态的设备，包括位置传感器、速度传感器、力矩传感器等。

在传感器的设计中，需要考虑到精度、稳定性和实时性等因素。

常见的传感器有霍尔传感器、编码器、位置传感器和振动传感器等。

三、无刷直流电机控制系统优化为了提高无刷直流电机的控制效率和控制精度，需要对其控制系统进行优化。

下面将从电机驱动器、电机控制器和传感器的角度分别对优化措施进行介绍。

1、电机驱动器优化（1）选择高效的电池管理系统，减少电量损失。

（2）合理设计功率管的参数，提高其控制效率。

（3）采用软开关技术，减少开关损失。

电动汽车无刷直流电机驱动的研究1 电动汽车无刷直流电机驱动介绍交通车辆的废气排放与污染已成为一个世界性的环境问题，近二十年来，世界各国纷纷投入力量，寻找降低或杜绝车辆废气排放与污染的途径， 其中用于轿车和公交客车的电动车/混合动力车技术最为引人注目。

在我国，电动汽车已被列为科技部全面启动实施 12 个重大关键技术攻关与产业化示范科技专项之一。

电动汽车的核心技术是电源系统及驱动系统，电动汽车的驱动将成为现代交流传动技术的一个主要应用领域，具有广阔的市场前景。

无刷直流电机具有小体积、轻重量、高效能、易控制等诸多优点， 既具有直流电机优良的转矩控制特性， 又免除直流电机碳刷需经常维护的弊端，非常适用于电动汽车驱动。

2 直流无刷电机的数学模型为简化电机的数学模型，做如下假设：1) 三相绕组完全对称，气隙磁场为方波，定子电流与转子磁场皆对称分布；2) 忽略齿槽、 换相过程和电枢反应等影响；3) 电枢绕组在定子内表面均匀连续分布；4) 磁路不饱和，不计涡流和磁滞损耗。

于是可以得到三相绕组的电压平衡方程：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a c b a c b a e e e i i i p L MM M L M M M Li i i r r r u u u 000000 (1) 式(1)中，a u 、b u 、c u 为三相相电压；a i 、b i 、c i 为三相相电流；a e 、b e 、c e 为三相反电动势；L 为三相绕组的自感；M 为每两相绕组间的互感；p 为微分算子p = dt d /；由于电机三相采用 Y 型连接，故：0=++c b a i i i (2)0=++c b a Mi Mi Mi (3)将式(2)和式(3)代入式(1)中，得到电压方程：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---+⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡c b a c b a c b a c b a e e e i i i p M L M L ML i i i r r r u u u 00000000000 (4)根据式(4)得到电机的等效电路图，如图2-1 所示，电机的反电动势和相电流波形如图2-2 所示。

编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：电动小车中无刷直流电机的控制系统机电系电子信息工程专业学号：*******学生姓名：***指导教师：***（职称：副教授）（职称：）2012年5月25日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）电动小车中无刷直流电机的控制系统是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。

班级：电信83学号：0822104作者姓名：2012 年5 月25 日无锡太湖学院信机系电子信息工程专业毕业设计论文任务书一、题目及专题：1、题目电动小车中无刷直流电机的控制系统2、专题一、课题来源及选题依据：直流电动机因其优良的调速、起动、制动性能在各种电力拖动系统中得到广泛的应用，但因直流电机的机械换向出现的火花等问题在一些地方限制了直流电机的使用。

自20世纪70年代以来，电力电子器件迅速发展，研制并生产出多种既能控制其导通又能控制其关断的全控型器件，如门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（P-MOSFET）、绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）等，这些全控型器件性能优良，由它们构成的电子开关在直流电机中取代了机械换向，构成直流无刷电机，解决了机械换向出现的火花等问题，同时由全控元件组成的脉宽调制直流调速系统（简称PWM调速系统）近年来在中小功率直流传动中得到了迅猛的发展,且由于专用集成电路的出现，使控制器性能更加优良，体积减小。

本课题研究电动小车中无刷直流电机的控制系统。

二、本设计应达到的要求：了解电动小车的工作情况，其负荷特点；了解PWM技术的现状﹑发展以及其应用价值和可操作性。

明确生产机械对ZD调速系统的要求；拟定ZD调速方案；熟悉无刷ZD电动机的基本工作原理；熟悉位置检测传感器的原理；选用专用PWM集成电路在无刷直流电动机进行速度控制；应用集成驱动电路完成对电动机驱动和调速等性能的要求；完成毕业设计总体方案。

序号（学号〉： 161240303长春大学 毕业设计（论文）直流电机速度PID 控制系统设计李一丹国际教育学院自动化1612403曹福成2016 年 5 月 30 0姓 名 学 院 专 业 班 级 指导教师直流电机速度PID控制系统设计摘要：针对现有的直流电机控速难的问题，本文设计了一种基于ATmegal6L单片机的直流电机速度控制系统。

本系统以ATinegal6L单片机为主控制器，搭载了L298n为电机驱动，通过霍尔元件进行测速，通过按键控制电机的转动方向和转动速度，并配以温度传感器DS18B20对温度进行监测，通过PID算法调节PW\1 进行对速度控制。

该系统包括的模块主要有单片机为主体的控制模块、电机的驱动模块、对电机速度进行监测的模块、由LCD1602构成的显示ky r模块、电源模块和按键控制模块等。

本系统可以通过PID算法实现可编程脉宽波形对直流电机的速度进行控制，并且可以显示出当前电机的转速。

关键词：单片机；PID算法；直流电机The design of DC motor speed control system with PID Abstract: According to the existing DC motor speed control problem, this paper describes the design of a DC motor speed control system based on ATmegal6L MCU. To ATMEGA16L microcontroller as the main controller for the system, equipped with a L298n for motor drive, through the hall element of speed, through the buttons to control the motor rotation direction and the rotation speed, and the temperature sensor DS18B20 the temperature monitoring, PID algorithm is used to adjust the PWM control of the speed. The system includes the following modules display microprocessor control module, as the main body of the motor drive module, monitoring module, the speed of motor is composed of LCD1602 module, power supply module and key control module.This system can realize through PID algorithm to control the speed of the programming pulse waveforms of DC motor, and can display the current motor speed.Keywords: single chip microcomputer, PID algorithm, DC motor ky r戈ml ml ——II —In —In | * 11—I 1111 ml 1111目录Bit (1)l.i选题背景及意义 (1)1.2国内外研宄现状 (2)1.3木文主要研究的内容 (3)第2章总体方案论述 (4)ky r2.1系统主要传感器介绍 (4)2.1.1温度传感器 (4)2.1.2转速检测模块 (5)2.2系统总体功能及方案选择 (6)2.2.1系统所需模块及功能 (6)2.2.2主控制器选择 (8)第3章系统总体硬件设计 (10)3.1单片机最小系统 (10)3.1.1ATmegal6L单片机的引脚分布 (10)3.1.2最小系统的硬件电路 (13)3.2电机驱动电路 (14)3.3温度检测电路 (15)3.4光电管提示电路和按键控制电路 (15)3.5LCD1602 显示电路 (16)3.6电源电路 (17)3.7本章小节 (18)第4章系统软件设计 (19)4.1系统总体流程图 (19)4.2 PID算法简介 (19)4.2.1PID算法介绍 (20)4.2.2HD算法结果 (21)4.3系统调试步骤 (21)4.4误差分析即改进方法 (22)给论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)隱 (26)附录I系统总体硬件电路图 (26)附录II系统中部分程序 (27)ky r In—ml ml ml ml | , I af—.第1章绪论1.1选题背景及意义电动机简称电机，俗称马达，在现实生活中，我们处处都可以见到电机的身影，小到小学生玩的电动四驱车，大到炼钢厂用的滚动罐，这些都是电机家族的成员。

直流无刷电机控制器设计随着科技的不断发展，直流无刷电机作为一种环保、节能的电机类型，其应用越来越广泛。

而直流无刷电机的控制器作为实现电机运动的核心部件，其设计对于电机的性能和寿命有着至关重要的影响。

本文将探讨直流无刷电机控制器设计的相关概念和要点，旨在实现高效、长寿命的电机驱动。

直流无刷电机与控制器直流无刷电机是一种通过电子换向装置替代传统机械换向装置的电机，具有结构简单、维护方便、效率高等优点。

而控制器作为直流无刷电机的核心部分，通过调节电机绕组中的电流实现对电机运动的控制。

根据不同的应用场景和需求，控制器可以有多种不同的设计方案。

控制器设计硬件设计控制器硬件设计主要是选择合适的微控制器、功率器件、传感器等元器件，并根据实际需求设计电路板和接插件。

在硬件设计过程中，需要考虑到控制器的可靠性、稳定性和扩展性。

软件设计控制器软件设计主要涉及到电机控制策略和算法的实现。

常见的控制策略包括PID控制、PWM控制、速度闭环控制等。

软件设计需要结合实际应用场景和电机类型，选择合适的控制算法，并进行优化以实现更好的电机控制效果。

实例分析以一款应用于真空泵的直流无刷电机控制器为例，该控制器采用STM32微控制器，通过PWM控制和速度闭环控制策略实现对电机的精确控制。

在实际应用中，该控制器能够在保证电机高效运行的同时，实现对电机的过热保护和故障诊断，有效延长了电机的使用寿命。

直流无刷电机控制器设计是实现高效、长寿命电机驱动的关键。

本文介绍了直流无刷电机与控制器的基本概念，并从硬件设计和软件设计两个方面探讨了控制器设计的要点。

同时，通过实例分析，说明控制器设计需要结合实际应用场景和电机类型，选择合适的控制策略和算法，并进行优化以实现更好的电机控制效果。

针对未来发展，我们认为直流无刷电机控制器设计将朝着更加高效、智能、可靠的方向发展。

具体来说，以下几个方面值得：控制算法的研究与优化。

随着人工智能和机器学习技术的发展，可以尝试将先进的技术引入到电机控制领域，以实现更加精准、智能的电机控制。

电动车无刷直流电机毕业设计论文The final edition was revised on December 14th, 2020.摘要近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成城市空气的严重污染。

于是发展绿色交通工具已经成为一个重要的课题。

考虑到我国的国情，发展电动自行车具有重要的环保意义。

随着电机技术及功率器件性能的不断提高，电动自行车的控制器发展迅速。

本文设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33033为控制芯片，以功率器件MOSFET为开关器件驱动电机，实现对无刷直流电机的控制。

设计出了电路原理图、印制板电路图和电路板实物的3维效果图。

关键词：无刷直流电机 MC33033 原理图印制板电路图AbstractIn recent years, transportation fuel emission problem has been caused by urban air pollution levels. So the development of green transport has become an important issue. Taking into account China's national conditions, development of electric bicycles has important environmental significance. With the motor technology and continuously improve the performance of power devices, the rapid development of electric bicycle controller. This design uses a brushless DC motor for the control of dedicated control chip MC33033 chip, in order to power MOSFET devices as the switching device drive motor, to achieve control of the electric bike. Design a circuit diagram, PCB circuit diagrams and circuit board real 3-D renderings.Keywords：brushless DC motor MC33033 Schematic PCB circuit目录摘要............................................ 错误!未定义书签。

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。

基于PWM技术的无刷直流电机的调速系统设计Brushless DC Motor Speed Control System Based On PWM摘要无刷直流电机(BLDCM)具有调速性能优异、运行性能可靠和维护方便等优点，相较于有刷直流电机，其采用电子换向取代机械换向，有效地提高了电动机的运行效率，也使得其成品体积更加的轻巧。

但是无刷直流电机也存在转矩脉动、控制器复杂、成本较高等缺陷，这些缺陷的存在也一定程度上影响了无刷直流电机作为高效、先进电机在应用上的普及，因此研究如何改善以及解决无刷直流电机存在的问题便具有更加明显的现实意义。

MATLAB是一款用于数据分析与计算、算法开发以及动态系统建立与仿真的数学软件。

最初是由美国MathWorks公司出品的商用数学软件，其由Matlab和Simulink 两个重要组成部分构成，现在更是应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

本文通过对无刷直流电机结构以及工作原理的研究与分析，找出导致其具有较大转矩脉动的原因，并先从理论上得到如何抑制转矩脉动的方法，再通过Matlab 建立起无刷直流电机的仿真模型，对其仿真结果进行分析与改善，从而有效地抑制无刷直流电机的转矩脉动。

关键词：无刷直流电机，转矩脉动，仿真模型AbstractBrushless DC motor (BLDCM) has excellent speed performance, reliable performance and easy maintenance, etc., compared to a brush DC motor, which uses electronically commutated replace mechanical commutation, effectively improve the operating efficiency of the motor, but also so that the volume of the finished product more compact. But there brushless DC motor torque ripple controller complexity, high cost and other defects, the presence of these defects also affected to some extent, a brushless DC motor as efficient and advanced motor universal in application, how to improve and therefore research solve the problems of the brushless DC motor will have more obvious practical significance.MATLAB is a tool for data analysis and computation, algorithm development, and simulation of dynamic systems to establish and mathematical software. MathWorks was originally developed by the US company produced commercial mathematical software, which consists of Matlab and Simulink are two important parts, and now it is used in engineering calculations, control design, signal processing and communications, image processing, signal detection, financial modeling design and analysis and other fields.Based on the brushless DC motor structure and working principle of research and analysis to identify the cause of which has a large torque ripple, and theoretically first get how to suppress torque ripples, established through Matlab brushless Simulation Model DC motor, its simulation results are analyzed and improved in order to effectively suppress the torque ripple of the brushless DC motorKeywords:Brushless DC motor; The torque pulsation; The simulation model目录第一章绪论 (6)1.1 研究背景及研究意义 (6)1.2 无刷直流电机调速系统的国内外研究现状 (7)1.3 本文的主要研究内容及章节安排 (8)第二章无刷直流电机的基本原理 (9)2.1 无刷直流电机的基本结构 (9)2.1.1 电机本体 (9)1.电动机定子 (9)2. 电动机转子 (10)2.1.2 位置传感器 (10)2.2 无刷直流电机的工作原理及换相过程 (12)2.2.1 无刷直流电机的工作原理 (13)2.2.2 无刷直流电机的换相过程 (15)2.3 无刷直流电机的应用 (16)2.4 本章小结 (16)第三章基于PWM技术的无刷直流电机转矩脉动抑制 (17)3.1 PWM控制技术简介 (17)3.1.1 PWM控制技术的基本原理 (17)3.1.2 PWM控制技术的控制方法 (18)3.2 Buck变换器的原理及控制方式 (19)3.2.1 Buck变换器的原理 (19)3.2.2 Buck变换器的控制方式 (20)3.3 无刷直流电机转矩脉动的产生 (20)3.3.1传导区转矩脉动 (21)3.3.2换相区转矩脉动 (22)3.4 无刷直流电机转矩脉动的抑制 (24)3.5 本章小结 (27)第四章无刷直流电机的仿真分析 (28)4.1 MATLAB和SIMULINK的介绍 (28)4.2 无刷直流电机的数学模型 (29)4.2.1电机本体模块 (30)4.2.2转矩计算模块 (31)4.2.3速度控制模块 (32)4.2.4电流控制模块 (32)4.2.5电压逆变模块 (33)4.3无刷直流电机的仿真结果 (33)4.4本章小结 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)第一章绪论1.1 研究背景及研究意义对于工厂生产和社会发展而言，电力拖动都有着举足轻重的地位，为了满足生产工艺的需求，通过控制电机的转矩以及转速来控制电动机的转速以及位置，这样就可以形成一个自动化系统，称之为电力拖动。