无刷直流电动机及其控制系统

论文摘要

无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上,并随着电力电子技术的不断创新和新型永磁材料的涌现而发展起来的一种新型机电一体化特种电机。无刷直流电动机既具有交流电动机结构简单、可靠性高、维护方便等优点,又具备直流电动机调速性能良好、效率高的特点,再加上其成本较低,应用从最初的军事工业,向信息、家电、航航空天、工业自动化以及医疗领域迅速发展。在节能已经成为时代主题的今天,无刷直流电动机高精度、效率高的特点充分显示了其巨大的应用价值。本文在分析和总结传统的无刷直流电动机控制系统中存在的问题的基础上,设计了一种基于单片机的有位置传感器无刷直流电动机的控制系统。用微处理器作为无刷直流电机的控制器,不仅使得电路简单,提高了控制的灵活性、适应性和控制精度,并且使得复杂的控制得以实现。采用PIC16F72单片机控制电动自行车的无刷直流电动机,既可以实现编程控制,应用范围广,灵活方便,硬件成本较低,性价比较高,具有升级空间；又能简化系统构成,降低系统成本,提高系统性能。建立了无刷直流电动机的数学模型；以PID为控制方法,以IR2110为驱动芯片,用霍尔传感器检测转子位置,确定系统总体结构,设计控制电路。绘制整个控制过程的总体流程图。以微机技术为核心的控制系统与全数字化控制系统将会是无刷直流电动机的控制主流。在此基础上,引进模糊控制、最优控制、神经网络等等智能控制算法,实现其智能化控制将是无刷直流电动机控制的发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究工作
• 2 无刷直流电动机基本结构和原理
• 2.1 无刷直流电动机的结构
• 2.1.1 电机本体
• 2.1.2 转子位置传感器
• 2.1.3 电子换相线路
• 2.2 无刷直流电动机的基本工作原理
• 2.3 无刷直流电机的运行特性
• 2.3.1 起动特性
• 2.3.2 作特性
• 2.3.3 机械特性和调速特性
• 2.4 无刷直流电动机的数学模型
• 3 无刷直流电机控制策略分析
• 3.1 无刷直流电动机控制系统原理
• 3.2 数字控制系统中PID控制算法的实现
• 3.3 PWM调制方式
• 4 无刷直流电机控制器硬件设计
• 4.1 无刷直流电动机各组成部分的设计方法
• 4.1.1 位置检测器
• 4.1.2 电子开关线路
• 4.1.3 控制器
• 4.2 逆变器主电路设计
• 4.2.1 功率开关主电路
• 4.2.2 逆变开关元件的选择
• 4.2.3 逆变开关管驱动电路的设计
• 4.3 单片机的选择
• 4.3.1 PIC单片机的特点
• 4.3.2 PIC16F72单片机管脚排列及功能定义
• 4.3.3 PIC16F72单片机的功能特性
• 4.3.4 PWM信号在PIC单片机中的处理
• 4.4 控制电路部分设计
• 4.4.1 时钟电路
• 4.4.2 复位电路
• 4.4.3 转把和刹车
• 4.5 检测保护电路部分设计
• 4.5.1 电流采样及过流保护
• 4.5.2 欠电压保护
• 4.6 电源电路
• 5 无刷直流电动机控制软件器设计
• 5.1 无刷直流电动机控制器程序设计概况
• 5.2 系统各部分功能在软件中的实现
• 5.2.1 驱动控制
• 5.2.2 启动
• 5.2.3 PWM中断时间控制
• 5.2.4 刹车控制
• 5.2.5 电源电压检测
• 5.2.6 PWM（脉冲宽度调制）
• 5.3 软件流程图
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录