无刷直流电机控制系统的研究

无刷直流电机控制系统的研究

摘     要

无刷直流电机（BLDCM）是一种发展迅速的新型电机，与传统直流电机相比，它利用电子换相代替机械换相，使得结构变得简单，运行更加可靠、维护方便等优点，又具备运行效率高、噪声低、无励磁损耗以及调速性能好等优点。而且体积小、效率高。在当今国民经济各部门、军工行业、航天、家用电器等方面都得到了广泛的应用。随着新型大功率器件的发展，性能更好的永磁材料，以及价格的降低和先进控制技术的应用，直流无刷电动机将会有更大的发展。

本文以无刷直流电动机控制器为研究对象，首先介绍了无刷直流电动机在国内外的发展及其控制系统的研究现状，较详细地论述了无刷直流电机的基本结构和工作原理，调速系统和位置传感器及检测方法。主要研究了基于PIC18F4455单片机的的控制系统的方案，采用专用集成芯片Si9979，开关器件采用适合中小功率电机的功率场效应晶体管（MOSFET），单片机采用增强型PWM调速模式控制电机，控制在PWM输出端有GAL芯片保护，防止上下桥臂直通。然后针对方案设计了控制系统的硬件电路，软件部分以及相关的电路设计。

关键词：无刷直流电机 PIC单片机 增强型PWM

目  录

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目录 iii

第一章     绪论 1

1.1  研究的背景及意义 1

1.2  国内外研究现状 2

 1.2.1 无位置传感器 2

     1.2.2 速度调节 3

     1.2.3 转矩脉动控制与最佳换向 3

     1.2.4 直流电机的启动 4

1.3  论文研究的主要内容 4

第二章     无刷直流电机基本结构和运行原理 6

2.1  无刷直流电机的基本结构 6

2.1.1 电动机本体 6

2.1.2 转子位置传感器 7

2.1.3 逆变器 7

2.2  无刷直流电机的工作原理 7

2.3  无刷直流电机的PWM调速系统 9

2.3.1 PWM调速系统的基本工作原理 9

2.4  位置传感器及位置检测方法 12

    2.4.1 开关型霍尔集成传感器 13

    2.4.2 霍尔器件在无刷直流电机中的使用 14

2.5  本章小结 14

第三章     无刷直流电机控制系统硬件设计 15

3.1   无刷直流电机的选型 15

3.2   单片机选型 15

3.2.1 PIC18F4455单片机 15

3.2.2 PIC18F4455单片机特性 16

3.3   外围电路与基本寄存器配置 16

3.3.1 振荡器配置 16

3.3.2 复位电路 17

3.4   逆变电路和专用集成电路（带驱动器） 20

3.4.1 逆变电路 20

3.4.2 专用集成电路Si9979 21

3.5   增强型PWM控制 22

3.5.1  PWM周期 24

3.5.2  PWM占空比 25

3.5.3  PWM输出配置 25

3.5.4  PWM工作模式设定 25

3.5.5  PWM输出信号处理 25

3.6   通用串行总线（USB） 26

3.6.1  USB外设概述 26

3.6.2  USB状态和控制 26

3.7   显示电路设计 27

3.7.1  显示芯片概述 27

3.8   本章小结 28

第四章     无刷直流电机控制系统软件设计 29

4.1   件概述 29

4.2   系统主程序 30

4.3   系统子程序 31

4.3.1  系统初始化模块 31

4.3.2  A/D采样子程序 31

4.3.3  PWM子程序 33

4.3.4  计算子程序 37

4.3.5  延时子程序 37

4.4   本章小结 37

第五章     总结 38

参考文献 39

致谢 40