直流无刷电机毕业设计

深圳职业技术学院 毕业设计 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 论文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目： 直流无刷电机 学生姓名： 学生学号： 专业班级: 指导教师： 日期： 2010-6-1 Abstract Brushless  DC  Motor  摘 要 无刷直流电机是最近发展起来的结合了多学科技术的一种新型电机，结合机电一体化，具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠性、免维护等优点，同时还具有低噪声和长寿命等特点。非常适合使用在24小时连续运转的产业机械及空调冷冻主机、风机水泵、空气压缩机负载;低速高转矩及高频繁正反转不发热的特性，更适合应用于机床工作母机及牵引电机的驱动;其稳速运转精度比直流有刷电机更高,比矢量控制或直接转矩控制速度闭环的变频驱动还要高,性能价格比更好,是现代化调速驱动的最佳选择。 目前无刷电机已广泛应用于各种领域，如医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业、轻工机械、电动自行车等。 无刷直流电机的控制要比普通有刷电机的控制要复杂得多。目前直流电机的控制方法主要有两种，一种是采用专用得直流电机控制芯片，如Motorola公司的MC33035；另一种控制方法各个厂家根据自己的需求采用单片机或DSP进行开发设计。 本设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48写入控制程序，从而形成一种高性能直流无刷电机控制器。其不但能实现MC33035直流电机控制芯片的全部功能，而且具有接口灵活，功能完善，成本低廉、全数字控制等优点，用户能根据不同应用场合进行灵活配置。 关键词：无刷直流电机、HALL、PWM 目 录 TOC \o "1-3" \u Abstract 2 摘 要 2 第1章 直流无刷电机工作原理 4 1.2直流无刷电机的组成及工作原理 4 1.3无刷直流电机的位置检测方法 6 1.4无刷直流电动机控制系统中的PWM调速 6 第2章 设计需求及设计的可行性分析 7 2.1 设计 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 7 2.2课题的提出及意义 8 第3章 硬件设计 10 3.1 无刷直流电机驱动器的总体结构设计 10 3.2 原理图设计 10 3.2单片机电路设计 12 3.3驱动电路设计 13 3.4 输入输出控制部分电路设计 13 第四章 系统软件设计 14 4.1 无刷直流电机工作真值表 14 4.2控制软件设计 14 第五章 结束语 19 参考资料 20 致 谢 21 第1章 直流无刷电机工作原理 1.1无刷马达与有刷马达比较之特征 DC无刷马达的无接点化，虽然带来了各种的优点，但是最大的特征是因无电刷化，故不产生杂音；此杂音不仅是机械的杂音，而且也包括了电器的杂讯。另外，因为该马达没有机械的接触部分，所以能够实现高带旋转型马达的长寿命型马达之要求。可以说，无刷马达就是无杂音马达。 DC有刷马达当作控制用马达时，具有非常优越的特性。例如：急剧地加速性、大的起动扭力、对电压变化之垂下特性、转输出扭力对输入电流之直线性等。这些特性是非常重要的条件，可说兼备了控制用马达所要求的所有特性。 可是，这种优越马达之唯一最大的缺点就是利用电刷、整流子之机械接触部分。但这却是DC有刷马达在功能上不可缺少之元件，因为利用这些元件马达才得以正常转动。然而，由于马达在旋转中不断地重复滑动作用，所以整流子之磨损也相继加快。因此，金属粉末和黑铅便会飞散，明显地缩短了马达的寿命；若磨损恶化的话，在整流子间，就会产生异常的电弧，而且会引起跳火现象。所以，很明显的，无电刷马达的寿命较长。 总之，DC有刷马达在结构上，总难免会在旋转中产生火花，因此会给周边元件带来很大的影响。尤其是在易燃性气体中使用时，防爆对策则成为很能够大的问题。根椐上述之理由，将DC马达无刷化实且有非常大之意义。根据DC马达之无刷化，可实现DC无刷马达之免维修特色。也就是说，不需维修且寿命长的马达。 1.2直流无刷电机的组成及工作原理 无刷直流电机是由电动机本体、位置传感器和功率变换器三部分组成。图1-1为一台典型的三相桥式永磁无刷直流电机原理图。图中Ql－Q6为电力电子开关器件，常用IGBT, MOSFET和GTR。电机本体由定子和转子两部分构成，磁钢贴在转子上与转子同轴旋转;电枢绕组装在定子上，可以是类似交流电机的重叠绕组，也可以是含极靴的非重叠绕组。三相电压、电流及反电势正方向如图所示，口为定、转子磁势夹角的电角度。根据位置传感器检测的转子位置，永磁体N-S交替交换，使位置传感器产生相位差1200的U、V、W方波，结合正/反转信号产生有效的6状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生T1—T4导通、T1—T6导通、T3—T6导通、T3—T2导通、T5—T2导通、T5—T4导通，也就是说将直流母线电压依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对N-S极，T1—T6功率管即按固定组合成6种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动600电角度，转子跟随定子磁场转动相当于600电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进600电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。 图1－1无刷直流电机工作原理图 无刷直流电机的电子换向线路是用来控制电机定子上上各相绕组通电的顺序和时间的，主要由功率开关单元和位置传感器的信号处理单元两个部分组成。 1.3无刷直流电机的位置检测方法 无刷直流电机运行是通过逆变器功率器件随转子不同位置相应改变其不同触发状态来实现的。因此准确检测转子位置并根据转子位置准时切换功率器件触发组合状态是控制无刷直流电机的关键。转子的位置检测装置最直接、有效是利用位置传感器得到不同位置信号经门电路、模拟开关或专用芯片可得到不同触发逻辑信号，实现触发状态的自动切换。本设计系统中位置传感器采用HALL传感器实现。 1.4无刷直流电动机控制系统中的PWM调速 脉宽调制即PWM (Pulse Width Modulation)控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，即通过对一系列的脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需波形。PWM驱动是利用大功率管的开关特性，按固定频率来接通和断开，并根据需要改变一个周期内“接通”与“断开“时间的长短，通过改变无刷直流电动机定子绕组上电压脉冲的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。 第2章 设计需求及设计的可行性分析 2.1 设计要求 题目 数字超声波发生器的设计 设计内容简介 无刷电机广泛应用于各种领域，如医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业、轻工机械、电动自行车等。本设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48写入控制程序，从而形成一种高性能直流无刷电机控制器SZPT33035。其不但能实现MC33035直流电机控制芯片的全部功能，而且具有接口灵活，功能完善，成本低廉、全数字控制等优点，用户能根据不同应用场合进行灵活配置。 主要任务 （1）​ 正确设计原理图 （1）​ 采购元器件 （1）​ 焊接元器件 （1）​ 调通硬件 （1）​ 设计软件，电机正常运转 验收 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 （1）​ 原理图 （1）​ 元器件 （1）​ 电路版 （1）​ 调试完成的成品板 （1）​ 设计软件，电机正常运转 主要性能指标 1.​ 具有控制开环、三相或四相无刷直流电机; 1.​ 可以选择在60°/120°或120°/240°的传感器相位角； 1.​ 具有欠压锁定、过流关断保护等功能； 1.​ 具有与微控制器SPI通信接口； 2.2课题的提出及意义 无刷直流电机是最近发展起来的结合了多学科技术的一种新型电机，结合机电一体化，具有有低噪声和长寿命等特点。目前无刷电机已广泛应用于各种领域，如医疗仪器、分析仪器、材料处理、过程控制、机床工业、纺织工业、轻工机械、电动自行车等。 无刷直流电动机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷直流电机的控制要比普通有刷电机的控制要复杂得多。目前直流电机的控制方法主要有两种，一种是采用专用得无刷直流电机控制芯片，如Motorola公司的MC33035；另一种控制方法各个厂家根据自己的需求采用单片机或DSP进行开发设计。 采用Motorola公司的MC33035专用控制芯片具有接口简单优点，但其外部接口少，控制灵活性差，控制方式单一等缺点，而且成本较高，目前其成本每片在12元以上。而采用通用单片机或DSP进行设计，虽然灵活性好，但产品开发周期长，对开发人员要求高，综合成本高。 本创新设计主要采用嵌入式单片机ATMEGA48写入控制程序，从而形成一种高性能专用直流无刷电机控制器SZPT33035。其不但能实现MC33035直流电机控制芯片的全部功能，而且具有接口灵活，功能完善，成本低廉、全数字控制等优点，用户能根据不同应用场合进行灵活配置。主要创新点： ​ 采用通用单片机灌入程序，形成专用无刷电机芯片SZPT3305，具有开发成本低廉、芯片可靠性高； ​ SZPT33035可以控制3相或四相无刷直流电机； ​ SZPT33035提供6路桥式MOSFET驱动接口，3路HALL传感器输入接口； ​ SZPT33035具有过流检测电路输入比较电路，检测过流，自动关闭MOSFET输出； ​ SZPT33035提供I2C接口与MCU进行通信控制，通信时钟可达400Kbps。 ​ SZPT33035具有高可靠性，内置振荡和上电复位以及看门狗电路； ​ SZPT33035具有启动、停止、正反转，变速控制输入接口； ​ SZPT33035可以选择在60°/120°或120°/240°的传感器相位角； ​ 工作电压为1.8V~5.5V; ​ SZPT33035提供DIP28、QFP32两种封装; SZPT33035芯片成本在6元以内。销售价格在12元左右，具有很强的竞争力。 第3章 硬件设计 3.1 无刷直流电机驱动器的总体结构设计 本设计的无刷直流电机驱动器由单片机控制部分、直流电机功率驱动部分及霍尔信号检测部分及控制按键输入、输出指示等部分组成。如图3－1所示。 图3－1无刷直流电机驱动器的总体结构图 3.2 原理图设计 无刷直流电机驱动器原理图如图3－2所示。单片机的6路PWM输出控制电机驱动MOS管，无刷直流电机的霍尔信号送入单片机作为换向的依据。 从电机转子位置检测器送来的三相位置检测信号(SA， SB，SC)一方面送入单片机，经单片机结合正反转控制端、起停控制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算后，产生逆变器三相上、下桥臂开关器件的6路原始控制信号，其中，三相下桥开关信号还要按无刷直流电机调速机理进行脉宽调制处理。处理后的三相下桥PWM控制信号(AT，BT，CT，)经过驱动电路整形、放大后，施加到逆变器的6个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波交流电流。 图3－2无刷直流电机驱动器原理图 3.2单片机电路设计 图3－3 单片机电路原理图 单片机采用高性能、底功耗的8位AVR微型处理器ATMEGA48。其具有极高的运算速度，具有4K字节的系统内可编程Flash和256字节的EEPROM，具有独立振荡器的实时计数器RTC，六通道PWM，上电复位以及可编程的掉电检测，可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口；具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器；五种休眠模式：空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式和Standby 模式，片内经过标定的RC振荡器，片内/片外中断源。 3.3驱动电路设计 图3－4 电机接口（U、V、W）电路图 功率管即按固定组合成6种状态的依次导通（如图4-1，4-2），使位置传感器U、V、W按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进600电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。 3.4 输入输出控制部分电路设计 输入三个按键分别为启动、停止、正反转功能以及速度控制输入电位器。 图3－5 控制输入电路图 第四章 系统软件设计 4.1 无刷直流电机工作真值表 原理图参见图1－1，正传时，根据HALL信号，给出6个MOS管驱动信号真值表如图4－1所示。反转MOS管驱动信号真值表如图4－2所示 图4—1无刷直流电机正传驱动信号真值表 图4—2无刷直流电机反传驱动信号真值表 4.2控制软件设计 #define bldc_step1 0x04//100 #define bldc_step2 0x06//110 #define bldc_step3 0x02//010 #define bldc_step4 0x03//011 #define bldc_step5 0x01//001 #define bldc_step6 0x05//101 #define bldc_hall PIND&0x07 #define bldc_cw PINC.3 #define bldc_ccw PINC.2 #define bldc_en PINC.1 #define bldc_f 1 #define bldc_r 0 unsigned char hall_signal_old,hall_signal; bit bldc_dir=1;//默认为左转 void bldc_fwd(void) { unsigned char hall_signal; hall_signal=PIND&0x07; switch(hall_signal) { case bldc_step6://100 bldc_UL=0; bldc_UH=1;//-------------- bldc_VH=0;//-------------- bldc_VL=0; bldc_WH=0;//-------------- bldc_WL=1; break; case bldc_step1://110 bldc_UL=0; bldc_UH=0;//-------------- bldc_VL=0; bldc_VH=1;//-------------- bldc_WH=0;//-------------- bldc_WL=1; break; case bldc_step2://010 bldc_UH=0;//-------------- bldc_UL=1; bldc_VL=0; bldc_VH=1;//-------------- bldc_WH=0;//-------------- bldc_WL=0; break; case bldc_step3://011 bldc_UH=0;//-------------- bldc_UL=1; bldc_VH=0;//-------------- bldc_VL=0; bldc_WL=0; bldc_WH=1;//-------------- break; case bldc_step4://001 bldc_UH=0;//-------------- bldc_UL=0; bldc_VH=0;//-------------- bldc_VL=1; bldc_WL=0; bldc_WH=1;//-------------- break; case bldc_step5://101 bldc_UH=1;//-------------- bldc_UL=0; bldc_VH=0;//-------------- bldc_VL=1; bldc_WH=0;//-------------- bldc_WL=0; break; } } void bldc_rev(void) { switch(bldc_hall) { case bldc_step1://100 bldc_UH=0 ; bldc_VH=0; bldc_WH=0; delay_us(2); bldc_UH=0;bldc_UL=1; bldc_VL=0;bldc_VH=0; bldc_WL=0;bldc_WH=1; delay_us(4); break; case bldc_step2://110 bldc_UH=0 ; bldc_VH=0; bldc_WH=0; delay_us(2); bldc_UH=0;bldc_UL=0; bldc_VH=0;bldc_VL=1; bldc_WL=0;bldc_WH=1; delay_us(4); break; case bldc_step3://010 bldc_UH=0 ; bldc_VH=0; bldc_WH=0; delay_us(2); bldc_UL=0;bldc_UH=1; bldc_VH=0;bldc_VL=1; bldc_WH=0;bldc_WL=0; delay_us(4); break; case bldc_step4://011 bldc_UH=0 ; bldc_VH=0; bldc_WH=0; delay_us(2); bldc_UL=0;bldc_UH=1; bldc_VL=0;bldc_VH=0; bldc_WH=0;bldc_WL=1; delay_us(4); break; case bldc_step5://001 bldc_UH=0 ; bldc_VH=0; bldc_WH=0; delay_us(2); bldc_UH=0;bldc_UL=0; bldc_VL=0;bldc_VH=1; bldc_WH=0;bldc_WL=1; delay_us(4); break; case bldc_step6://101 bldc_UH=0 ; bldc_VH=0; bldc_WH=0; delay_us(2); bldc_UH=0;bldc_UL=1; bldc_VL=0;bldc_VH=1; bldc_WH=0;bldc_WL=0; delay_us(4); break; } } 第五章 结束语 经过几个月的努力，毕业设计基本完成了。在毕业设计的实践中，学到很多有用的知识，也积累了不少宝贵的项目开发经验。在此要特别感谢我的父母，他们给我了很大的鼓励和支持，我的同学，他们为我做试验提供了良好的试验环境，此外还有素未谋面的朋友“大海”，如果没有他的无私帮助，想必我在毕业设计实践过程中会走很多弯路，在此特别表示感谢 。这次毕业设计使我明白了很多，在这次制作过程发现自己平时所学的知识是比较实用的，课本上学到的虽然是最基本的知识，但到了真正编程、调试和深入学习的时候往往我们平时学到的最基础的知识还是最重要的，例如：MC33035的应用，这并不是我们的专业课程，确实比较生疏，所以，只能在看相关书籍和资料的同时，利用自己现有的知识去理解和深入书籍和资料的知识。 本次所设计的系统虽说是一个简单的单片机系统，但从中我尽力去做了每一个步骤，一方面此次设计既巩固了专业知识又扩大了知识面，而且还增强了实际动手的操作能力。随后的一个多月时间里， 从购买元件……画图……焊板……调试……成品，整个过程我都要求自己记录每一天的设计进展情况和出现的问题，杜绝自己会产生不好的心态，一直到自己把设计做完。 本次毕业设计制作，增强了自己对本身专业知识的自信心，增强了自己对工作的责任心。但是，由于本人能力有限，加之对于各种技术的熟悉程度不够，以及时间的仓促，经验的不足，论文当中难免有遗漏和不当之处，望各位老师不吝赐教。 参考资料 1. C语言程序设计 2. AVR单片机C语言开发入门指导 3. AVR系列单片机C语言编程与应用实例 参考网址： http://www.mculover.net/bbs/index.asp?boardid=18 http://www.tai-yan.com/bbs/thread.php?fid=226&page=1 http://www.cndzz.com/infosort/132_1.htm http://www.kegedz.com/dzyj/cxy2.asp http://www.edadesign.com.cn/eda/edahomea.asp http://www.hqew.com/ http://bbs.eebyte.com/ http://www.gg-dl.com/ http://www.mcu61.com/ http://bbs.e666.cn/read.php?tid-13757.html 致 谢 大学三年的学习以今天的毕业论文画了一个句号。感谢大学三年，各位老师对我的教诲，感谢电子系，感谢大家有缘能在生命中重要的三年，出现在彼此的生活中，感谢上天。 很幸运，在我大学的最后一次作业的完成中，能得到李正中老师的指导与帮助，每每于李老师接触。他都在埋头专研、开发，不持劳苦加班加点。思想境界的高远、博爱的胸怀、谦逊的品质和严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；李老师严谨治学的态度，在我的心里留下深刻的影响，在以后的日子里，我要学习李老师的求实、刻苦钻研的精神。在这里，真诚的向邓老师说一句：李老师，您是亮起在我毕业前的一盏灯，感谢您，祝您一切都好。 在此，同时感谢我的父母，对我的支持，没有他们的支持，我走不到今天。 感谢与我共同走过大学的朋友们、同学们，每个在我脆弱、困难的时候，扶过我一把的你，我都记得。 大学三年，还有一个人，对我的生活、学习、工作，都有着重要的影响，在此，也感谢他。能在生命中，相互扶持走过一段路，能有成长，无论是苦涩，还是甘甜，都是生活的味道。感谢上天，感谢命运，能有机会在彼此的生命中出现，并共同走过一个春天。 感谢所有帮助过我的老师、同学、朋友，感谢你们，希望你们在以后的日子里，开心、快乐，希望你们过得比我好！