单片机对无刷直流电动机的控制电路设计.doc

1、单片机对无刷直流电动机的控制电路设计 本科生毕业论文单片机对无刷直流电动机的控制电路设计院系名称姓名学号专业指导教师2015年 04 月22VIVI摘要本课题是讲述无刷直流电机控制系统集电机、逆变电路、检测元件、控制软件和硬件于一体，具有高可靠、高效率、寿命长、调速方便等优点，在电动调速领域有着广泛的应用。电动自行车的发明和使用对解决燃油车造成的严重环境污染和缓解日益突出的能源危机问题有一定的现实意义。根据项目参数要求，采用Microchip公司的PIC16F72单片机作为控制芯片，在硬件方面，进行了电源电路设计、系统硬件保护电路设计、三相全桥逆变电路设计、逆变器驱动电路设计。在软件方面利用汇

2、编语言，采用模块化编程和结构化编程。根据无刷直流电机的控制原理，对系统的控制部分进行了详细分析。利用数字PI控制理论实现电机速度的闭环调制。在系统可靠性方面:设计了系统的欠压、过流和堵转保护。本文还对影响控制器和单片机系统可靠性的因素进行了分析，并且给出了解决方案.本文所设计的无刷电机控制器实现了电动、定速、助力三种工作模式并且在系统出错情况下具有自检功能。保护功能较完善、硬件结构简单、成本较低，具有升级空间，便于用户二次开发。关键词:无刷直流电机,PIC单片机,电动自行车,控制系统AbstractThis thesis is part of the project named the con

3、troller of the Brushless DC Motor for electric-bike. The control system consists of Brushless DC Motor, controlling part, sensor part, hardware and software controlling part. With its unique advantages of high efficiency, high reliability, good control ability and maintenance-free, it is widely used

4、 in many fields. To developth electric-bike will be helpful to solve the pollution problem caused by the waste gas from the gasoline-automobiles and energy sources problems. The task is to design a Brushless DC Motor (BLDCM) control system for electric-bike. According to the project, PIC16F72M CU pr

5、oduced by Microchip Company has been selected. The design of hardware including power circuit, hardware protection circuit, electronic commutate circuit have been carried out. The software was designed following the principle of modularization and structured programming and using assembly as the pro

6、gramme languages. Typical PI controls theory is used to control the speed. Less voltage protection, current excessive protection and wrong angle protection are designed to reinforce the system. Also, factors that affect the reliability of the system are discussed in this paper, and some methods are

7、introduced soon after. This cont roller realizes three work modes-electromotion, stationary speed and assisting work mode. Another self-test mode, which works under error, is also designed. This kind of brushless DC motor control system is superior in many fields such as high reliability, simple har

8、dware structure, low cost, and convenient for the further development.Key Words:Electric bike, Brushless DC Motor, PIC, Control System目 录1引言2概述12.1电动自行车介绍及发展前景12.2本设计的主要任务22.2.1硬件部分22.2.2 软件部分23无刷电机控制系统分析43.1三项无刷直流电机星形连接全桥驱动原理43.2 直流电动机的PWN调速原理64 无刷直流电机控制器硬件设计74.1硬件组成74.2 三相全桥逆变电路和驱动电路74.2.1顶端，底端驱动电

9、路84.2.2电源电路104.2.3振荡倍压和硬件保护电路104.3 速度控制电路114.4 其他114.4.1蓄电池检测方案114.4.2助力信号检测方案125系统软件设计135.1概述135.2 主程序145.3中断175.3.1单片机中断资源175.3.2定时器资源分配175.3.3 MOD(INT中断)处理模块185.4 AD转换185.5 PWM（脉冲宽度调试）195.6位置信号和驱动信号的位置关系205.7数字PI速度调节215.7.1位置型PID算法程序设计215.7.2数字PI速度调节器设计226 系统调试与实验结合246.1 系统硬件调试246.2系统软件调试246.3实验结

10、论与建议26结论27参考文献28致谢30引言有刷直流电动机作为最早的电动机广泛应用于工农业生产的各个领域，由于其宽阔而平滑的优良调速性能，在需要调速的应用领域占有重要地位，但机械换向装置的存在，限制了其发展和应用范围。直流电动机的机械电刷和换向器因强迫性接触，造成其结构复杂、可靠性差、火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能。科学技术的飞速发展，带来了半导体技术的飞跃，开关型晶体管的研制成功为创造新型的无刷直流电动机带来生机。1955年，美国人首次提出用晶体管换向线路代替机械换向装置，经过反复实验，人们终于找到了用位置传感器和电子换相线路来代替有刷直流电动机的机械换相装置， 出

11、现了磁电祸合式、光电式及霍尔元件作为位置传感器的无刷直流电动机，以后人们发现电量波形和转子磁场的位置存在着一定的对应关系，因此又出现了通过观测电枢绕组中不同电量波形，监测转子位置的无位置传感器的电动机。80年代初，无刷直流电机进入了实用阶段，方波和正弦波无刷直流电机先后研究成功。“无刷直流电机”的概念已由最初的具有电子换相器的直流电机发展到泛指一切具有传统直流电机外部特性的电子换相电机。现今，无刷直流电机集电机、变速机构、检测元件、控制软件和硬件于一体，形成为新一代的电动调速系统。无刷 直 流 电机具有最优越的调速性能，主要表现在:调速方便(可无级调速)，调速范围宽，低速性能好(启动转矩大，启

12、动电流小)，运行平稳，噪音低，效率高，应用场合从工业到民用极其广泛。如电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等等.由于无刷直流电机具有这些优点，因此在2004年的国际电机会议上提出了有刷电机将被无刷电机取代这一发展趋势。美、日、英、德在工业自动化领域中已经实现了以无刷直流电机代替有刷电动机的转换。美国福特公司率先把无刷直流电机应用于汽车20世纪80年代以来，随着微机控制技术的快速发展，出现了各种称为无位置传感器控制技术的方法，是当代无刷直流电机控制研究的热点之一。各国知名半导体公司如Allegro,Philips,Micro Linear,To shiba等，先后推出了许多无刷直流电机无传感器控制集成电路。2004年12月我国电机制造业共1167家生产企业，全部从业人员388282人，资产972亿。我国生产的微特电机己经占世界60%以上，目前是全球最大的永磁体(生产无无刷直流电机控制系统设计刷电机的主要原材料)生产供应基地，中国还将会成为全球最大的无刷电机生产国。随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求增长带动了以永磁无刷直流电机为主体的车用小功率电机的兴起，我国正在成为世界电动汽车制造业的主要供应商。