直流无刷电机控制系统设计大学生毕业（设计）论文.doc

直流无刷电机控制系统设计 摘 要 继有刷直流电动机发展后，无刷直流电机也相继有了发展。目前，尽管各种各样的直流电动机和交流电动机在工业传动应用中发挥了主导作用，但无刷直流电动机也正备受关注。 随着这社会的不断发展、人们的生活水平不断提高，同时办公自动化、现代化生产、发展等关键设备也都慢慢走向高智能化、小型化和高效率化，电机作为执行元件的重要部分，需要具有效率高、速度快和精度高等等特点，因此直流无刷电机的应用得到了逐步的推广。 本设计首先介绍了直流无刷电机国内外发展现状，然后研究了直流无刷电机的基本运行原理，再次建立了以AT89C51单片机为核心的硬件电路和软件流程图，最后在MATLAB中搭建仿真模型，仿真结果验证了直流无刷电机控制系统的正确性。 关键词：直流无刷电机；单片机；MATLAB  第一章 绪论 1.1 研究意义 直流无刷电机是一种新型电机，由于它结合机电一体化，因此有高动态响应、高热容量、高效率和高可靠性等等诸多优势，而且长寿命、低噪声和低成本等方面也是其它的优势。从现阶段来看，随着不断地有新材料技术的出现，直流无刷电机的发展也因此获得了良好的契机。目前无刷电机的各方面的应用已经遍布各种各样的领域，办公自动化和工厂自动化等方面就比较的需要小功率直流无刷电机，例如家用电器或者是外设复印机等等。所以说，无刷电机目前正在快速地取代传统电机的地位。 直流无刷电机集特种电机、变速结构、检测元件、控制软件与硬件于一体，形成新一代伺服系统，体现了当今应用科学的许多最新成果，是机电一体化的高新技术产品。直流无刷电机集交流电机和直流电机优点于一体，它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的特点，同时无励磁损耗。在电磁结构上和有刷直流电动机一样，不过无刷直流电动机的电枢绕组是处在定子上的，永久磁钢安装在转子上，采用多相形式的电枢绕组，在通过逆变器之后，然后连接到直流电源上面，定子方面利用了电子换向来替换传统电机的电刷和换向器，在各绕组依次通电后，跳跃式的旋转磁场会气隙中生成，同时与转子的主磁场相互作用，因此产生电磁转矩，和其它电机相比，直流无刷电机具有高可靠性和高效率等优势，由于现阶段，随着具体性能的提高与价格的下降等优势的新型稀土永磁材料不断出现，这给永磁直流无刷电机在成本方面带来了下降，因此其优势将会越发的凸显出来。在一些发达的国家里，无刷直流电机逐步替代了有刷直流电机的地位而应用于工业自动化领域。现阶段，很少见到一些国外买进来的设备中会有以有刷直流电机作为执行系统的情况了，比如说美国、日本等的相关公司已经不再会去大幅度地生产有刷直流电动机。 由上可知，相对于其它类型电动机来说，无刷直流电机还是一种新型电机，它的驱动、控制更是和电子技术息息相关，因此，对直流无刷电机本体及其控制方法进行系统、深入的研究有着十分重要的现实意义。 1.2国内外发展水平和研究情况 1.2.1国内外发展水平 在工农业生产的各个领域中，作为最早的电动机-有刷直流电动机得到了广泛的应用，它凭借着优良的调速性能，在应用调速理念的领域发挥了重要作用，可是有一个原因限制了它进一步的发展，那就是机械换相装置的存在。它的机械电刷和换向器由于始终不断地要进行强迫性接触，这将会带来可靠性差、火花、噪声等各种各样的棘手问题，会直接影响他的性能和调速的精度。随着科学技术的不断发展与创新，半导体技术、开关型晶体管的研发成功这些都给新型的无刷直流电动机的创造带来机遇。“直流无刷电机”的概念已有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，直流无刷电机集电机、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。直流无刷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(起动转矩大，起动电流小)，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。 电力电子技术的进步对无刷直流电动机的发展来说具有一个很大的推动作用，在其发展的早期，当时处于初级发展阶段的大功率开关器件，不仅可靠性差，而且其价格昂贵，同时又受到驱动控制技术水平、永磁材料两方面的制约，这导致自发明以后的无刷直流电机在一段很长的时间内，只能处于实验室研究阶段，没有办法得到应有的推广与发展，20世纪七十年代，伴随着电力电子工业的高速发展，各种新型的全控型半导体功率器件如春雨般出现在世人眼前，这为它后来广泛应用与发展奠定了基础。 1978年，在当时的汉诺威贸易博览会上， MANNESMANN公司正式推出了 一种MAC无刷直流电动机及其驱动器，它的出现，在当时引起了世界各国的极大关注，随后，研发