智能化驱动报告

1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y 现代驱动技术与智能化课程 报告 学院名称： 电气信息工程学院 专业班级： 电气 1004 学号： 姓名： 贾斌彬 2013/12/22 基于单片机的无刷直流电机的控制一、概述： 直流无刷电机是一种高性能电机，它具有效率高、可靠性好、结构简单、便 于维护和体积小等优点。 直流无刷电机是结合了直流电机和交流电机优点的改进 型电机，采用无位置传感器直流无刷电动机控制技术后 可充分利用直流无刷电 动机的调速范围宽且无位置传感器和不易损坏的优点，实现电动机的无级变速、 低噪声，提高了运行效率、控制精度和可靠性。与直流电机相比，无刷电机没

2、有 电刷和换相器， 而采用电子电路进行换相， 换相时不会产生电火花， 不存在机械 换向损耗。 与异步电机相比， 无刷电机的转子与定子磁场同步旋转， 因此不存在 转子损耗。与同步电机相比，无刷电机控制方法简单，便于工程应用的特性，使 其被广泛应用于众多领域。 本文设计了一种无刷电机控制系统， 该系统以单片机 为控制核心， 充分利用单片机的数字信号处理器运算快、 外围电路少、 系统组成 简单、可靠的特点，实现对无刷电机 PWM控制，将其应用于无刷电机的驱动设计。 系统硬件电路结构简单、调速方便、功耗低。实验表明，该设计使得无刷直流电 机的组成简化和性能的改进成为可能，有利于电机的小型化和智能化 。

3、二、无刷直流电机组成及控制原理：直流无刷电机主要由电动机主体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。 电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他启动装置。 其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等） 。转子由永久磁钢按一定极 对数（ 2p=2，4，）组成。位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁 极位置的作用， 为逻辑开关电路提供正确的换相信息， 即将转子磁钢磁极的位置 信号转换成电信号， 然后去控制定子绕组换相。 位置传感器种类较多， 且各具特 点。在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种： 电磁式位置传感器、 光 电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。直流无刷电机

4、结构图如图 1。图中的 电动机本体为三相两极， 三相定子绕组分别与电子开关线路中相应功率开关器件 联接，在图 1中 A 相、B 相、C 相绕组分别与功率开关管 V1、V2、V3相接。直 流无刷电机采用电子换相， 利用转子位置传感器检测转子位置， 通过换相驱动电 路控制与电枢绕组连接的各功率 MOSFE管T 的导通和关断， 实现电机换相的目的。 当定子绕组在某一相通电时 在磁场的相互作用下产生转矩， 驱动转子转动。 由 位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号， 作为控制器的输入， 最后由控制器去 控制电子开关线路， 从而使定子各相绕组按一定次序导通， 定子相电流随转子位 置的变化而按一定的次序换相

5、。图 1 、无刷直流电动机的结构原理图三、控制系统设计：本系统以 AT89C51单片机为核心，通过 LM621，以 2*3 矩阵键盘做为输入， 4位数码管显示，达到控制无刷直流电机的启停、速度和方向，完成了基本要求 和发挥部分的要求。 在系统中， 采用了 PWM技术对电机进行控制， 通过对占空比 的计算达到精确调速的目的。 本系统中采用专用集成电路芯片 LM621来完成监控 用户界面，控制转速和转向操作和换相工作。系统结构总体框图如图2。图 2 系统结构总体框图四、硬件电路设计：（一）、键盘接口电路（图 3）键盘结及各键盘对应的功能和键值如下 各键详细功能如下：S1 ：启动系统。单片机上电初始

6、化后，首先扫描键盘，若 S1 被按下，则启动系 统，否则将一直扫描键盘，此时其他键没有任何功能。S4和 S6：系统运行期间，若按下 S4或 S6，系统进入调速状态，此时 4 位数码 管从左边第一位开始闪烁，代表当前位，若 5S 内键盘没输入，则自动确认当前 输入值，通过调速达到设定值。S2 和 S5：通过按 S4或 S6，当前位闪烁，此时通过 S2和 S5 可对当前位进行 +1/-1 ， 若 5S 内没有操作，系统自动确认当前输入值。S3：正反转，实现点机的反转。图 3 键盘接口电路（二）、数码管显示电路（图 4） 整个显示电路包括两部分：1. 数码管： 1、采用 4 位 8 段共阴极数码管显

7、示； 2、P0口接上拉电阻；3 、数码管段选通过限流电阻接 P0口； 4、位选接口； 发光二极管 : 两个二极管一个代表正转一个代表反转图 4 数码管显示电路（三）、逆变器驱动电路（图 5）1. 逆变器：本系统逆变部分采用三相桥式全控逆变电路，功率开关器件采用 IGBT。2. 驱动电路：通过无刷直流电机换相专用芯片 LM621控制功率管的导通， 而驱动 电动机。图 5 逆变器驱动电路（四）：限流电路（图 6）主回路中通过电动机电流最终经过电阻 R8接地。因此， Uf=R8I M，大小正比 于电动机电流 I M。而 Uf同数/ 模转换器的输出电压 U0分别送到 LM324运算放大器 的两个输入端

8、，一旦反馈电压 Uf 大于来自数 / 模转换器的给定信号 U0, 则 LM324 运算放大器输出低电平，通过非门变为高电平输入到 LM621引脚 17，使输出关 断，从而截断直流无刷电动机钉子绕组所有电流通路， 迫使电动机电流下降， 一 旦电流下降到时 Uf 小于 U0, 则 LM324运算放大器输出回到高电平，通过非门变为 低电平，接 LM621的 17 脚， LM621正常工作。图 6 限流电路五、软件电路设计：本系统设置两个标志位 tag（启动标志位， 0 代表运行，1 代表停止）和 tag1 （闪烁标志位， 0 代表有闪烁， 0 代表无闪烁），另外设置两个数组 : 数码管段选 数组 d

9、p 和位选数组 p1。本系统程序主要由以下部分组成：主程序 、中断服务程序、键盘扫描程序、 显示程序、启动程序、停机程序、向上箭头程序、向下箭头程序、左移程序、右 移程序、正反转程序、测速程序、 PWM输出程序、延时程序。其中向上（下）、左（右）移、启动、正反装程序由键盘程序调用，键盘程 序、显示程序、测速程序、 PWM输出程序由主程序调用。 总程序和系统电路原理图见附件。主要模块程序流程如下图 7、8、9。图 7 主程序流程图图 8 键盘程序流程图图 9 显示程序流程图六、结论：本文根据直流无刷电机的控制原理， 设计了一种直流无刷电机控制系统。 该 系统具有实现成本低、 稳定性好等特点， 能

10、够满足对精度和成本的要求。 本设计 所述的直流电机闭环调速系统是以低价位的 AT89C51单片机为核心的， 而通过单 片机来实现电机调整又有多种途径， 相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的 方法实现对电机进行调整， 采用 PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活 性和更低的成本， 它能够充分发挥单片机的效能， 对于简易速度控制系统的实现 提供了一种有效的途径。 硬件电路采用模块化设计， 方便系统维护， 而且在实际 应用中还可以根据实际需要扩展其他功能。 在使用了少量的硬件后， 单片机的压 力大大减小， 程序中有充足的时间进行闭环控制的测控和计算， 使得软件的运行 更为合理可靠。七、附件：

11、 总程序： #include #define uchar unsigned char#define ulong unsigned longextern uchar zs;/*定义转速变量 */extern uchar tag=0x00,tag1=0x00;/*启动标志位和闪烁标志位 */extern ulong zssd=3000;/*转速设定 */ulong count;/*脉冲计数 */ulong zkbg,zkbd;/*占空比高低 */sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;uchar code p1=0x00,0x90,0

12、x91,0x92,0x93,0x00; /*数码管位选 */uchar *zy=p1;/*定义指针指向数组 p1*/void d_ms(uchar m)/* 延时程序 */uchar i,j;for(i=0;im;m+)for(j=0;j100;j+)/*延时 100*m微秒 */void start()/* 开始程序 */if(tag=0)/*系统未启动 */P0=0xFF;/*P1=0xFF;/*P0=0x00;P1=0x00;tag=1; /*elsetag=0;/*void up()/*if(tag1=0)/*If(zssd=2000)口取反，默认高电平 */ 口取反，默认低电平 */

13、 口取反，默认高电平 */左移函数 */闪烁标志位为 0，无闪烁 */闪烁标志位置 1，开始闪烁 */ 指针指向位选数组首地址 */已经开始闪烁 */ 指针指向当前位选数组下一位 */ 当指针指向第一位时 */自动跳转到第五位 */内没动作，停止闪烁 */闪烁标志位置 0，停止闪烁 */参考 up() 函数 */zssd-=100;elseswitch(*zy)case 0x90: zssd=zs-1000;break;case 0x91: zssd=zs-100;break;case 0x92: zssd=zs-10;break;case 0x93: zssd=zs-1;break;void

14、 right() /* 参考 left() 函数 */ if(tag1=0)tag1=1;zy=p1+4;else-zy;if(zy=p15)zy=p1+1;d_ms(200000);tag1=0;/* 键盘扫描函数 */定义变量 */ 键盘扫描，看是否有键按下 */void keyget()uchar x; /*P2=0xC0; /*有键按下 */置 1 ，扫描第一行 */第一行有键按下 */延时去抖 */读 P2 口*/置 1 ，扫描第二行 */第二行有键按下 */延时去抖 */读 P2 口*/switch(x-0x21)case 0x7F: start();break; /*case 0

15、x6F: up();break; /*case 0x67: fanzhuan();break; /*case 0x3F: left();break; /*case 0x2F: down();break; /* case 0x27: right();break; /*void display(uchar *z) /*启动*/ 向上箭头 */ 反转*/ 左移*/ 向下箭头 */ 右移*/显示函数 */if(P2&0xC0)=0)/*P2=0x80;/*if(P2&0x80)=0) /*d_ms(1500); /*x=P2;/*P2=0x40;/*if(P2&0x40)=0) /*d_ms(1500

16、); /*x=P2; /*uchat code d_p=0XFC,0X60,0XDA,0XF2,0X66,0XB6,0XBE,0XFE,0XE6 ； /* 定义段选数组 0-9*/uchar a,b,c,d;/*a=zs/1000; /*b=zs%1000/100; /*c=zs%100/10;/*d=zs%10;/*if(tag1=0) /*转速各位 */ 转速千位 */ 转速百位 */ 转速十位 */转速个位 */无闪烁时 */doz0=1; /*P10置高 */P0=d_pa;/*从数组读数，d_ms(20);/*延迟显示 */z0=0;z1=1;P0=d_pb;d_ms(20);z1=

17、0;z2=1;P0=d_pc;d_ms(20);z2=0;z3=1;P0=d_pd;d_ms(20);z3=0;while(1);P0口输出 */else/*有闪烁的时候 */doif(z=zy) /* 当前显示位和闪烁位重叠 */ *z=1; /* 当前显示为置高 */ switch(*z) /* 查询当前是哪位同时显示 */case 0x90: P0=d_pa;break; case 0x91: P0=d_pb;break; case 0x92: P0=d_pc;break;case 0x93: P0=d_pd;break;亮*/当前显示位置低 */灭*/如前所示 */ d_ms(5000

18、0); /* *z=0; /* d_ms(50000); /*z0=1; /*P0=d_pa;d_ms(20); z0=0;z1=1;P0=d_pb;d_ms(20); z1=0;z2=1;P0=d_pc;d_ms(20); z2=0;z3=1;P0=d_pd; d_ms(20);z3=0;while(1);测速函数 */void cs() /*zs=count/8*100; /*转速=count* (1000000/10000)转子每转一圈，每个传感器都会个脉冲产生 */void pwm()ulong a; /* a=zs/zssd; /* zkbd=a/(a+1);zkbg=1-zkbd;

19、P16=1;/*d_ms(1000*zkbg);/*P16=0;/*d_ms(1000*zkbd);/*/*pwm 输出函数 */定义临时变量 */ 求占空比 */输出高电平 */延长时间 */ 输出低电平 */延长时间 */void stop()/* 停止函数 */P0=0;P1=0;P2=0;TR0=0;TR1=0;void main(void)TMOD=0x5D; /*T1数器， T0定时器T1TCON=0x20;TH1=0x00;TL1=0x00;TH0=0xD8;TL0=0xF0;IE=0x82; /*keyget();if(tag!=0)/*TR0=1;/*TR1=1;keyget