生电磁干扰制造价格比较高低控制复杂和价格贵简单和价格不贵控制要求为了使电动机运转必须要有控制器，但同样的控制器可用于变速控制对于个固定的速度而言，不需要控制器有变速要求的时候才需要控制器无刷直流电动机的结构及基本工作原理无刷直流电动机转矩分析电机本体的电枢绕组为三相星型连接，位置传感器与电机转子同轴，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制动信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器的功率开关管，使电机的各相绕组按定的顺序工作。图无刷直流电动机工作原理示意图如图所示，当转子旋转顺时针到图所示的位置时，转子位置传感器输出的信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使导通，即两相绕组通电，电流从电源的正极流出，经流入相绕组，再从相绕组流出，经回到电源的负极，此时定转子磁场相互作用，使电机的转子顺时针转动。当转子在空间转过电角度，到达图所示位置时，转子位置传感器输出的信号经控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使导通，两相绕组通电，电流从电源的正极流出，经流入相绕组，再从相绕组流出，经回到电源负极。此时定转子磁场相互作用，使电机的转子继续顺时针转动。转子在空间每转过电角度，逆变器开关就发生次切换，功率开关管的导通逻辑为。在次期间，转子始终受到顺时针方向的电磁转矩作用，沿顺时针方向连续旋转。转子在空间每转过电角度，定子绕组就进行次换流，定子合成磁场的磁状态就发生次跃变。可见，电机有种磁状态，每状态有两相导通，每相绕组的导通时间对应于转子旋转电角度。无刷直流电动机的这种工作方式叫两相导通星型三相六状态，这是无刷直流电动机最常用的种工作方式。无刷直流电动机与输出开关管换流信号无刷直流电动机的位置般采用三个在空间上相隔电角度的霍尔位置传感器进行检测，当位于霍尔传感器位置处的磁场极性发生变化时，传感器的输出电平将发生改变，由于三个霍尔传感器位检测元件的位置在空间上各差电角度，因此从这三个检测元件输出端可以获得三个在时间上互差度宽度为度的电平信号，分别用来表示，如图所示，以信号为例，相位置宽度为电导角在度，必须导通，故状态为，而相还剩下度通电宽度，所以此段时间为和等于，此时下部可供导通的管子为和，而为避免桥臂直通，不能导通的导通时间未到，故只能是导通而在度度，此时只有相通电，和相处于非导电期，故导通的开关管为和和等于，其中是为相导电作准备而在度度时，由于每相只有电导角导电时间，故此时关断，仍然导通相开始进入导电期，此时可知，关断，不能开通防止桥臂直通，则此时只能开通，所以信号此时间段为。其他时间段的开关管导通情况与此类似。理论上，只要保证三个位置传感器在空间上互差度，开关管的换流时刻总是可以推算出来的。然而，为了简化控制电路，每个霍尔传感器的起始安装位置在各自相绕组的基准点上那么在的控制条件下，相绕组开始通电的时刻即该相反电势相位度位置恰好与相位置传感器输出信号的电平跳变时刻重合，此时应将开关管驱动导通。同理，其他开关管的导通时刻也可以按同样方法确定。本设计选用的是三相无刷永磁直流电动机，其额定电压,电枢额定电流,电枢峰值电流,额定转速,额定功率。图无刷电动机位置检测及开关管驱动信号表无刷电动机直流通电控制方式开关切换表旋转方向位置传感器逆变桥开关管驱动信号正转反转无刷直流电动机的运行特性机械特性无刷直流电动机的机械特性为开关器件的管压降电枢电流电机的电动势常数每级磁通量可见无刷直流电动机的机械特性与般直流电动机的机械特性表达式相同，机械特性较硬。在不同的供电电压驱动下，可以得到如图所示机械特性曲线簇。图机械特性曲线簇当转矩较大转速较低时，流过开关管和电枢绕组的电流很大，这时，管压降随着电流增大而增加较快，使在电枢绕组上的电压有所减小，因而图所示的机械特性曲线会偏离直线，向下弯曲。调节特性无刷直流电动机的调节特性如图所示。图调节特性调节特性的始动电压和斜率分别为从机械特性和调节特性可以看出，无刷直流电动机与般直流电动机样，具有良好的调速控制性能，可以通过调节电源电压实现无级调速。但不能通过调节励磁调速，因为永磁体的励磁磁场不可调。工作特性电枢电流与输出转矩的关系效率输出转矩的关系如图所示。图工作特性在输出额定转矩时,电机效率高损耗低是无刷直流电动机的重要特点之。无刷直流电动机的应用与研究动向现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍的关注。自世纪年代以来，随着人们生活水平的提高和现代化生产办公自动化的发展，家用电器工业机器人等设备都越来越趋向于高效率化小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具有精度高速度快效率高等特点，无刷直流电机的应用也因此而迅速增长。尤其在节能已成为时,附录核心程序,无刷直流电动机控制系统设计方案摘要无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。现阶段，虽然各种交流电动机和直流电动机在传动应用中占主导地位，但无刷直流电动机正受到普遍的关注。自世纪年代以来，随着人们生活水平的提高和现代化生产办公自动化的发展，家用电器工业机器人等设备都越来越趋向于高效率化小型化及高智能化，作为执行元件的重要组成部分，电机必须具有精度高速度快效率高等特点，无刷直流电机的应用也因此而迅速增长。本设计是把无刷直流电动机作为电动自行车控制系统的驱动电机，以单片机为控制电路，单片机采集比较电平及电机霍尔反馈信号，通过软件编程控制无刷直流电动机。关键词无刷直流电动机单片机霍尔位置传感器摘要第章概述无刷直流电动机的发展概况无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较无刷直流电动机的结构及基本工作原理无刷直流电动机的运行特性机械特性调节特性工作特性无刷直流电动机的应用与研究动向第章无刷直流电动机控制系统设计方案无刷直流电动机系统的组成无刷直流电动机控制系统设计方案设计方案比较无刷直流电动机控制系统组成框图第章无刷直流电动机硬件设计逆变主电路设计功率开关主电路图逆变开关元件选择和计算逆变开关管驱动电路设计功能介绍自举电路原理单片机的选择单片机特点单片机管脚排列及功能定义单片机的功能特性信号在单片机中的处理时钟电路复位电路人机接口电路转把和刹车显示电路门阵列可编程器件图及引脚功能传感器选择周边保护电路电流采样及过电流保护双运放大电路欠电压保护电源电路第章无刷直流电动机软件设计直流无刷电机控制器程序的设计概况系统各部分功能在软件中的实现软件流程图结束语致谢参考文献附录附录第章概述无刷直流电动机的发展概况无刷直流电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的，这渊源关系从其名称中就可以看出来。有刷直流电动机从世纪年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的段时间内直在运动控制领域占据主导地位。但是，有机械接触电刷换向器直是电流电机的个致命弱点，它降低了系统的可靠性，限制了其在很多场合中的使用。为了取代有刷直流电动机的机械换向装置，人们进行了长期的探索。早在年，就提出了用整流管代替有刷直流电动机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。年美国的等首次申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，标志着现代无刷直流电动机的诞生。无刷直流电动机的发展在很大程度上取决于电力电子技术的进步，在无刷直流电动机发展的早期，由于当时大功率开关器件仅处于初级发展阶段，可靠性差，价格昂贵，加上永磁材料和驱动控制技术水平的制约，使得无刷直流电动机自发明以后的个相当长的时间内，性能都不理想，只能停留在实验室阶段，无法推广使用，年以后，随着电力半导体工业的飞速发展，许多新型的全控型半导体功率器件如等相继问世，加之高磁能积永磁材料如陆续出现，这些均为无刷直流电动机广泛应用奠定了坚实的基础，无刷直流电动机系统因而得到了迅速的发展。在年汉诺威贸易博览会上，前联邦德国的公司正式推出了无刷直流电动机及其驱动器，引起了世界各国的关注，随即在国际上掀起了研制和生产无刷直流系统的热潮，这业标志着无刷直流电动机走向实用阶段。随着人们对无刷直流电动机特性了解的日益深入，无刷直流电动机的理论也逐渐得到了完善。年，对无刷直流电动机作了全面系统的总结，指出了无刷直流电动机的研究领域，成为无刷直流电动机的经典文献，标志着无刷直流电动机在理论上走向成熟。我国对无刷直流电动机的研究起步较晚。年，在北京举办的联邦德国金属加工设备展览会上，和两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了国内有关学者的广泛注意，自此国内掀起了研制开发和技术引进的热潮。经过多年的努力，目前，国内已有无刷直流电动机的系列产品，形成了定的生产规模。无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较表无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的比较项目无刷直流电动机有刷直流电动机换向借助转自子位置传感器实现电子换向由电刷和换向器进行机械换向维护由于没有电刷和换向器，很少需要维护需要周期性维护寿命比较长比较短机械速度力矩特性平硬在负载条件下能在所有速度上运行中等平中等硬。在较高速度上运行时，电刷摩擦增加，有用力矩减小效率由于没有电刷压降，所以效率高中等输出功率外形尺寸之比高由于电枢绕组设置在与机壳相连的定子上，容易散热。这种优异的热传导特性允许减小电动机的尺寸，所以输出功率外形尺寸之比高中等低。电枢产生的热量消散在气隙内，这样增加了气隙温度，从而限制了输出功率外形尺寸之比转自惯量低。因为永磁体设置在转子上，改善了动态响应转自惯量高，限制了动态特性速度范围比较高。没有电刷换向器给予的机械限制比较低，存在电刷给予的机械限制电气噪声低电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰制造价格比较高低控制复杂和价格贵简单和价格不贵控制要求为了使电动机运转必须要有控制器，但同样的控制器可用于变速控制对于个固定的速度而言，不需要控制器有变速要求的时候才需要控制器无刷直流电动机的结构及基本工作原理无刷直流电动机转矩分析电机本体的电枢绕组为三相星型连接，位置传感器与电机转子同轴，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制动信号经驱动电路隔离放大后控制逆变器的功率开关管，使电机的各相绕组按定的顺序工作。图无刷直流电动机工作原理示意图如图所示，当转子旋转顺时针到图所示的位置时，转子位