4.1软件编程方法 .............................................. 21 4.2无刷直流电机控制器的整体软件结构 .......................... 22 4.3无刷直流电机控制器主层模块的软件设计 ...................... 23

4.3.1初始化模块 ........................................... 23 4.3.2管理模块 ............................................. 23 4.3.3维护更新模块 ......................................... 25

5 总 结 ............................................. 38

5工作总结 .................................................... 38

结束语 ................................................. 39 毕业设计（论文）知识产权声明 ............................ 42 毕业设计（论文）独创性声明 .............................. 43 附录A 程序 ........................................... 44 附录B 外文翻译 ....................................... 54

1 绪 论

1.1课题研究背景

无刷直流电动机作为一种常见的执行机构在工业系统中被广泛应用。对无刷直流电动机的控制有很多种控制方法。其中，PWM控制方法在工业现场中以其稳定性高，动态性能好而被广泛应用。设计一款PWM无刷直流电机控制器具有较高的实用价值。

1.2课题研究现状

近三十年来针对异步电动机变频调速的研究，归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法，稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。 1.2.1无刷直流电机的发展

无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本产品已经生产超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱动的需求。

无刷电机在我国的发展时间较短,便随着技术的日益成熟与完善得到了迅猛发展。已在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个领域得到广泛应用，并在深圳、长沙、上海等地形成初具规模产业链。如深圳伟业电机等一批专业厂商，在技术上不断推进行业发展。 1.2.2国内外研究进展与现状

有刷直流电机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用。但是，机械电刷却是有刷直流电机的一个致命的弱点。为此，早在1917年，Boiiger就提出了用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，从而诞生了无刷直流电机的基本思想。1955年，美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，标志着现代无刷电机的诞生。

近40年来，由于电机本体及其相关学科的迅猛发展，“无刷直流电机”的概念已由最初的具有电子换向的直流电机发展到泛指一切具有有刷直流电机外部特性的电子换向电机。刷直流电机的发展亦使得电机理论与大功率开关器件、模拟和数字专用集成电路、微处理技术、现代控制理论以及高性能材料的结合更加紧密。如今无刷直流电机集特种电机、变速机构、检测元件、控制软件与硬件于一体，形成为新一代电动伺服系统，且体觋着当今应用科学的许多最新成果，因此是机电一体化的高技术产物。

无刷直流电机真正进入实用阶段应从1978年开始，当时原西德

MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易博览会上，正式推出MAC经典无刷直流电机及其驱动器。80年代在国际上开展了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波无刷直流电机，在10多年的时间里，无刷直流电机在国际上已得到较为充分的发展，在一些较为发达的国家里，无 刷直流电机将在未来的几年中成为主导电机，并逐步取代其它类型的电机。

无刷直流电机在近10年里得到迅速推广应用的另一个原因，是由于电力电子技术和集成控制技术高速发展的结果，性能优良、价格低廉的电子元器件为制造无刷直流电机创造了基本条件。80年代初期，电机本体与换向驱动电路的价格比大约为1：10，而当今已降至1：1～3，这就为大量推广应用创造了先决条件。

我国无刷电机的研制工作始于70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。经过20多年的发展，目前我国已有几种系列产品生产，如ST系列，IFTS系列，ASM系列，但仍没有制定出国家标准，限于我国元器件水平及相关理论与实践相结合的程度还比较低，尤其是制造工艺和加工设备较国际水准差距较大，所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平，大约相当于国外70年代末80年代初的水准，有待进一步研究和开发。

1.3课题来源

直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。无刷直流电机的发展空间得到进一步的提升。

1.4研究的应用价值

无刷直流电机的应用十分广泛，如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。总的来说，无刷直流电机可以分为以下三种主要用途：持续负载应用：主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域，比如风扇、抽水机、吹风机等一类的应用，这类应用成本较低且多为开环控制。可变负载应用：主要是转速需要在某个范围内变化的应用，对电机转速特性和动态响应时间特性有更高的需求。如家用电器具中的、甩干机和压缩机就是很好的例子，汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等，这类应用的系统成本相对更高些。定位应用：大多数工业控制和自动控制方面的应用属于这个类别，这

类应用中往往会完成能量的输送，所以对转速的动态响应和转矩有特别的要求，对控制器的要求也较高。测速时可能会用上光电和一些同步设备。过程控制、机械控制和运输控制等很多都属于这类应用。 1.4.1课题的设计思想

无刷直流电机在生活和工业系统中扮演着重要角色，因此设计一款无刷直流电机控制器是非常有必要的。无刷直流电机控制器的设计基本要求是能够实现对电机的调速，控制电机的正反转和急停，通过液晶显示电机转速和功率信息，用霍尔传感器采集转子的位置信息。 1.4.2课题研究的内容

学习无刷直流电机的工作原理，实现对无刷直流电机电机转速、转向和转矩的控制，并反馈回电机实时的转速信息，设计系统的保护电路。 1.4.3研究论文的章节安排

无刷直流电机控制器的设计，本论文的结构及内容安排如下： 第一章：绪论

主要介绍了无刷直流电机的背景、现状及课题来源，阐述了课题研究的应用价值，并对本系统设计的目的和内容做了论述；

第二章：无刷直流电机工作原理与总体设计 简要介绍了无刷直流的机械和电器系统的组成； 第三章：无刷直流电机控制器的硬件设计

确定了设计系统的硬件设计原理方法，并详细介绍了系统正常运行和故障处理的各个模块的器件选择与原理设计。

第四章：无刷直流电机控制器系统的软件设计

简要介绍了软件编程方法，在设计系统的软件总体流程设计下对设计各个子模块的设计流程做了详细介绍，介绍了在软件中对各种故障处理的控制算法，最后对ATmega128的集成编译环境做了简要说明。

第五章：无刷直流电机控制器的调试 介绍了实验室调试。 第六章：结论 对整个设计系统进行总结，指出设计系统的成功之处，同时从工业产品的角度，对整个设计中的不足之处和有待改进之处进行论述。