基于单片机PWM控制的直流电机系统研究

摘要

本论文是以单片机PIC18F2431控制核心和单片机接口直接输出PWM调速的无刷直流电机控制系统，其能简化构成、降低成本、满足更多应用场合的需要。

首先，本文深入研究了无刷直流电机的基本结构、工作原理和数学模型；并确定了系统的控制结构、控制芯片、控制技术及控制策略；为了提高系统的调速性能，控制结构采用了转速、电流双闭环结构；在控制策略上，采用了经典PID算法，使系统具有良好的动、静态性能。

然后，本文对系统硬件进行了设计，包括单片机外围电路、功率驱动及采样检测电路的设计。利用单片芯片集成A/D模块采样相关过流、过压保护信号，来实现保护控制。系统软件采用C语言编写程序，整个控制系统软件由主程序、中断子程序等组成。主程序完成芯片初始化、变量的初始化等，服务子程序完成A/D转换、数字PID控制、PWM产生等。

最后，在论文结尾对整个设计进行了总结，对后续的工作给出了自己的见解。

关键词　无刷直流电机，单片机，PWM , PID 控制

目录

摘要 I

引 言 1

第1章 概 述 2

1.1直流电机 2

1.1.1 直流电动机控制的发展历史 2

1.1.2 直流电机的研究现状 2

1.1.3 直流电机的研究的意义 2

1.2 单片机 3

1.2.1 单片机的构成 3

1.2.2 单片机的发展史 3

1.2.3 单片机的应用 4

第2章 无刷直流电机的工作原理 5

2.1 无刷直流电机的基本结构 5

2.2 无刷直流电机的工作原理 5

2.3 无刷直流电机的数学模型 7

2.3.1 电压平衡方程 7

2.3.2 转矩方程 7

2.3.3 无刷直流电机稳态运行特性 8

2.3.4 传递函数 10

第3章 直流电机系统的整体结构和控制方法 12

3.1 系统的整体结构方案 12

3.2 控制技术 12

3.2.1 调速原理 12

3.2.2 电枢电压的调节方法 12

3.3 控制策略 13

3.3.1 PID控制 13

第4章 控制系统硬件电路 15

4.1 电源电路 15

4.2 PICl8F2431控制芯片 16

4.2.1 PICl8F2431单片机的功能特性 16

4.2.2 PICl8F2431单片机的外围电路 16

4.3 控制部分硬件电路设计 17

4.3.1 转子位置反馈电路 17

4.3.2 速度给定电路 18

4.3.3 电流检测电路 20

4.4 功率驱动电路 20

4.5 光耦隔离电路 21

第5章 控制系统软件 22

5.1 PIC单片机系统软件开发工具 22

5.2 主程序设计 22

5.3 子程序设计 24

5.3.1 初始化模块程序 24

5.3.2 功率控制PWM模块程序 25

5.3.3 A/D采样模块程序 26

第6章 总结与展望 28

参考文献 29

致谢 30