单片机控制直流电机速度的应用_开题报告

目前，国内外对无刷直流电机的定义一般有两种：一种定义认为只有梯形波/方波无刷直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波无刷电机则被称为永磁同步电机；另一种定义认为梯形波/方波无刷电机和正弦波无刷电机都是无刷直流电机，ANSI/IEEE国际标准100-1984只定义了“brushless rotary machinery”,NEMA标准MG7-1987则将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁磁体，带转子位置信号，通过电子换相的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的也可以是集成于电机本体上的，但迄今为止，还没有一个公认的统一标准对无刷直流电机进行准确的分析和定义。无刷直流电机由于其结构简单、出力大和效率高等特点，已在国防、航空航天、机器人、工业过程控制、精密机床、汽车电子、家用电器等领域中得到了较好的应用。

无刷直流电机发展史

无刷直流电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，1831年法拉第发现电磁感应现象，从此奠定了现代电机的理论基础。19世纪40年代，第一台直流电机研制成功。受电力电子器件和永磁体材料等发展的限制，无刷直流电机在一个世纪后才面世。1915年，美国人Langrnuir发明了控制栅极的水银整流器，并制成了直流变交流的逆变装置。针对直流电机的弊端，20世纪30年代，一些学者开始研制采用电子换相的无刷直流电机，但由于当时的大功率电子器件还处于初级发展阶段，没能找到理想的电子换相器件，使得这种可靠性差，效率低下的电机只能停留在实验室阶段，无法推广使用。1955年，美国D.哈里森等人首次申请使用晶体管换相代替电动机机械换相器换相的专利这就是无刷至于电机的雏形。其工作原理是：当转子旋转时，在信号绕组感应出周期性的感应电势，此电势导致对应晶体管导通，这样就使相应功率绕组轮流馈电，实现了换流，但该电机的问题在于，当转子静止时，信号绕组内不产生感应电势，晶体管无偏置，功率绕组也就无法馈电，所以这种无刷电机无法启动转矩；其次，信号电势的前沿陡度不大，使得晶体管的功耗较大。因此没有产品化。1978年，原联邦德国MANNEMSANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易展览会上正式推出其MAC永磁无刷直流电动机及其驱动系统，标志着永磁无刷直流电机真正进入了使用阶段。

直流调速系统的发展

早期直流电机由模拟分离器控制，由于模拟器件有其固有的缺点，是的直流传动系统的控制精度及可靠性比较低，20世纪70年代，利用单片机作为控制器开始在电机控制系统中广泛使用。在单片机控制系统中，单片机作为系统的控制核心，主要用来完成一些算法，同时还要处理输入输出，显示任务等，单片机的使用使电机控制系统的性能得到了很大的提升。然而受单片机本身的限制，以之为核心的单片机控制系统仍需要较多的元器件，于是在认清单片机和电动机专用芯片的各自优势和缺点，设计了单片机和专用芯片为核心的控制系统。在系统中，利用单片机的可编程，主要用来执行一些检测、控制算法，并输出相应的控制信号给专用芯片为核心的电机控制系统。这些系统将单片机和专用芯片优势互补，使得系统即可以满足实时性的要求，又具有可编程的灵活性。但这些系统仍存在单片机固有的缺点，即系统组件多，处理能力有限等，很难适应要求较高的场合。现代控制技术是以微控制器器为核心的技术，由此构成的控制系统成为工业控制的主流系统。这种系统已取代常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备和很大部分操作的人工智能，使受控对象的动态过程按规定的方式和技术运行。进入90年代，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代，世界许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软硬件资源开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性、并向智能化、网络化方向发展。

（三）国内研发现状

目前国内外无刷直流电机的一般控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。近年来，直流电机的应用已遍布各个领域，如家用电器、大型设备、汽车电子、航空航天、医疗器械。

国外研发现状

国外的研究相对我国而言相对超前，尤其是美国和日本具有较先进的无刷直流电机制造和控制技术，特别是日本在民用方面比较突出，而美国则在军工方面比较先进，当前的研究热点主要集中在以下三个方面：1.研究无位置传感器控制技术以提高系统可靠性，并进一步缩小电机尺寸与重量。2.从电机设计和控制方法出发，研究无刷直流电机转矩波动抑制方法，从而提高伺服精度，扩大其应用范围。3.设计可靠、小巧、通用性强的集成化无刷直流电机控制器。 

^范文提纲

 绪论

1.1 论述课题背景

1.2 论述课题来源

2. 直流无刷电机的控制技术

2.1 直流无刷电机控制技术的主要方法

2.2 PWM控制直流无刷电机的原理

设计系统分析

3.1系统分析及功能要点

3.2系统结构框图及基本工作原理

4. 单片机控制直流无刷电机的硬件电路及软件

4.1.1总电路功能介绍

4.1.2 电源模块

4.1.3 直流稳压模块

4.1.4 MCU控制模块

4.1.5 软件模块

三、总结

参考文献

[1] 夏长亮  无刷直流电机控制系统   科学出版社    2001

[2] 张红莲，刘崇伦  交直流调速控制系统   中国电力出版社     1999

[3] 张杰  直流电机控制电路设计   科学出版社   2000

[4] 郭庆鼎，赵希梅  直流无刷电动机原理与技术应用   中国电力出版社 2001

[5] 金晓晨，齐珂 全数字控制直流驱动器及通用变频器  电子工业出版社 2001

[6] 陈怀忠 姜磊  交直流调速系统与应用  中国电力出版社 1996

[7] 陈相志 郭艳萍 交直流调速系统系统   人民邮电出版社 1998

[8] 日 后闲哲也 著 常晓明 译 PIC单片机C程序设计与实践  北京航空航天    大学出版社  1997

[9] 谢锋然 谢龙汉 PIC单片机原理及程序设计   清华大学出版社  2003

[10] 杨素行 模拟电子技术基础简明教程  高等教育出版社  2005