直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要繼有刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展后，無刷直流電機(jī)也相繼有了發(fā)展。目前，盡管各種各樣的直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)在工業(yè)傳動(dòng)應(yīng)用中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，但無刷直流電動(dòng)機(jī)也正備受關(guān)注。隨著這社會(huì)的不斷發(fā)展、人們的生活水平不斷提高，同時(shí)辦公自動(dòng)化、現(xiàn)代化生產(chǎn)、發(fā)展等關(guān)鍵設(shè)備也都慢慢走向高智能化、小型化和高效率化，電機(jī)作為執(zhí)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點(diǎn)，因此直流無刷電機(jī)的應(yīng)用得到了逐步的推廣。本設(shè)計(jì)首先介紹了直流無刷電機(jī)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀，然后研究了直流無刷電機(jī)的基本運(yùn)行原理，再次建立了以AT89C51單片機(jī)為核心的硬件電路和軟件流程圖，最后

2、在MATLAB中搭建仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)的正確性。關(guān)鍵詞：直流無刷電機(jī)；單片機(jī)；MATLAB第一章緒論1.1研究意義直流無刷電機(jī)是一種新型電機(jī)，由于它結(jié)合機(jī)電一體化，因此有高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高熱容量、高效率和高可靠性等等諸多優(yōu)勢(shì)，而且長(zhǎng)壽命、低噪聲和低成本等方面也是其它的優(yōu)勢(shì)。從現(xiàn)階段來看，隨著不斷地有新材料技術(shù)的出現(xiàn)，直流無刷電機(jī)的發(fā)展也因此獲得了良好的契機(jī)。目前無刷電機(jī)的各方面的應(yīng)用已經(jīng)遍布各種各樣的領(lǐng)域，辦公自動(dòng)化和工廠自動(dòng)化等方面就比較的需要小功率直流無刷電機(jī)，例如家用電器或者是外設(shè)復(fù)印機(jī)等等。所以說，無刷電機(jī)目前正在快速地取代傳統(tǒng)電

3、機(jī)的地位。直流無刷電機(jī)集特種電機(jī)、變速結(jié)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件與硬件于一體，形成新一代伺服系統(tǒng)，體現(xiàn)了當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果，是機(jī)電一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品。直流無刷電機(jī)集交流電機(jī)和直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)于一體，它既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電機(jī)運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好的特點(diǎn)，同時(shí)無勵(lì)磁損耗。在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動(dòng)機(jī)一樣，不過無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組是處在定子上的，永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上，采用多相形式的電樞繞組，在通過逆變器之后，然后連接到直流電源上面，定子方面利用了電子換向來替換傳統(tǒng)電機(jī)的電刷和換向器，在各繞組依次通電后，跳躍式的

4、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)氣隙中生成，同時(shí)與轉(zhuǎn)子的主磁場(chǎng)相互作用，因此產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，和其它電機(jī)相比，直流無刷電機(jī)具有高可靠性和高效率等優(yōu)勢(shì)，由于現(xiàn)階段，隨著具體性能的提高與價(jià)格的下降等優(yōu)勢(shì)的新型稀土永磁材料不斷出現(xiàn)，這給永磁直流無刷電機(jī)在成本方面帶來了下降，因此其優(yōu)勢(shì)將會(huì)越發(fā)的凸顯出來。在一些發(fā)達(dá)的國(guó)家里，無刷直流電機(jī)逐步替代了有刷直流電機(jī)的地位而應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?，F(xiàn)階段，很少見到一些國(guó)外買進(jìn)來的設(shè)備中會(huì)有以有刷直流電機(jī)作為執(zhí)行系統(tǒng)的情況了，比如說美國(guó)、日本等的相關(guān)公司已經(jīng)不再會(huì)去大幅度地生產(chǎn)有刷直流電動(dòng)機(jī)。由上可知，相對(duì)于其它類型電動(dòng)機(jī)來說，無刷直流電機(jī)還是一種新型電機(jī)

5、，它的驅(qū)動(dòng)、控制更是和電子技術(shù)息息相關(guān)，因此，對(duì)直流無刷電機(jī)本體及其控制方法進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2國(guó)外發(fā)展水平和研究情況1.2.1國(guó)外發(fā)展水平在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，作為最早的電動(dòng)機(jī)-有刷直流電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，它憑借著優(yōu)良的調(diào)速性能，在應(yīng)用調(diào)速理念的領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，可是有一個(gè)原因限制了它進(jìn)一步的發(fā)展，那就是機(jī)械換相裝置的存在。它的機(jī)械電刷和換向器由于始終不斷地要進(jìn)行強(qiáng)迫性接觸，這將會(huì)帶來可靠性差、火花、噪聲等各種各樣的棘手問題，會(huì)直接影響他的性能和調(diào)速的精度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，半導(dǎo)體技術(shù)、開關(guān)型晶體管的研發(fā)成

6、功這些都給新型的無刷直流電動(dòng)機(jī)的創(chuàng)造帶來機(jī)遇。“直流無刷電機(jī)”的概念已有最初的具有電子換相器的直流電機(jī)發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機(jī)外部特性的電子換相電機(jī)?，F(xiàn)今，直流無刷電機(jī)集電機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、檢測(cè)元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。直流無刷電機(jī)具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在：調(diào)速方便(可無級(jí)調(diào)速)，調(diào)速圍寬，低速性能好(起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)電流小)，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高，應(yīng)用場(chǎng)合從工業(yè)到民用極其廣泛。如電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電梯、抽油煙機(jī)、豆?jié){機(jī)、小型清污機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等。電力電子技術(shù)的進(jìn)步對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展來說具有一個(gè)很大的推

7、動(dòng)作用，在其發(fā)展的早期，當(dāng)時(shí)處于初級(jí)發(fā)展階段的大功率開關(guān)器件，不僅可靠性差，而且其價(jià)格昂貴，同時(shí)又受到驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)水平、永磁材料兩方面的制約，這導(dǎo)致自發(fā)明以后的無刷直流電機(jī)在一段很長(zhǎng)的時(shí)間，只能處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有辦法得到應(yīng)有的推廣與發(fā)展，20世紀(jì)七十年代，伴隨著電力電子工業(yè)的高速發(fā)展，各種新型的全控型半導(dǎo)體功率器件如春雨般出現(xiàn)在世人眼前，這為它后來廣泛應(yīng)用與發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1978年，在當(dāng)時(shí)的漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上，MANNESMANN公司正式推出了一種MAC無刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，它的出現(xiàn)，在當(dāng)時(shí)引起了世界各國(guó)的極大關(guān)注，隨后，研發(fā)和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱

8、潮也在國(guó)際上噴涌而出，這也就標(biāo)志著無刷