永磁无刷直流电机控制系统设计+电路原理图+源程序(2)
4 无刷直流电机控制系统设计 16
4.1系统总体构成 16
4.2 系统框图 16
4.3 硬件部分设计 17
4.3.1 系统原理图 17
4.3.2 驱动部分 17
4.3.3采样电路 19
4.3.4 电源电路 20
4.3.5 人机交互电路 21
4.3.6 DSC控制引脚功能 22
4.4 软件设计 22
5 调试过程及实验结果 25
5.1 调试过程 25
5.2 实物图 25
5.3 实验结果与分析 26
5.3.1 实验结果 26
5.3.2 结论 27
5.4 心得体会 27
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
1 绪论
作为机电转换的装置，电机无论在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器都扮演着重要的角色。电动机主要分同步电机、异步电机和直流电动机三种类型。其中直流电动机具有非常优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的启动转矩、简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地应用在各种驱动装置和伺服系统中[1]。而借助于功率开关和霍尔元件来实现换向的直流无刷电动机的问世，则为直流无刷电动机产品化开创了新纪元。1978年，原联邦德国MANNESMANN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动机真正进入了实用阶段[2]。经过多年的发展，目前无刷直流电动机已广泛应用于计算机外围设备（软驱、硬盘、光驱等）、办公自动化设备（打印机、复印机、绘图仪、扫描仪等）、家电（洗衣机、空调、风扇）、音像设备（DVD、摄像机、录像机）、汽车、电动自行车、数控机床、机器人、医疗设备等方面和领域。
随着电力电子技术的发展，许多新型的高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT等相继出现以及高性能永磁材料，如稀土永磁材料的问世，为无刷直流电动机的广泛应用奠定的基础, 它由直流电源经过逆变器、位置检测装置向电动机供电，因而既保持了直流电机具有良好的机械特性和调节特性的优点，同时具有交流电动机的结构简单、文护方便、运行可靠、寿命长等优点，在国民经济各个领域的应用日益广泛[3]。同时，电机系统属环保节能型产品，是国家产业政策支持的高新技术项目，正处在产品成长期，具有广阔的市场前景。
无刷直流电动机是集材料科学、电力电子技术、微电子技术和电机理论等多学科为一体的机电一体化产品，在诸多领域有着广阔的应用前景。通过本次对无刷直流电动机控制器的设计，掌握了无刷直流电机的控制原理和方法；学习电子线路硬件设计的一般方法、熟悉印制电路板结构、以及了解电子器件的选型和封装知识以及学习常用EDA软件的使用方法.；掌握dsPIC单片机原理及其程序设计方法，掌握单片机的接口电路原理和设计方法；掌握功率开关器件POWER MOSFET、IGBT以及功率智能模块（IPM）的原理、应用场合和驱动方法。
随着电机本体及其相关技术的迅速发展，新型电机不断涌现。“无刷直流电动机”的概念己由最初“特指”具有特定电子换向的直流电动机发展到“泛指”一切具备有刷直流电动机外部特性且没有电刷的永磁直流电动机[5]。
20世纪80年代以来，国内外对无刷直流电动机展开了深入的研究。在转子材料方面，稀土永磁材料迅速发展，其矫顽力高、抗去磁能力强，且常规去磁曲线在大范围线性可逆等特点为永磁无刷直流电动机的设计开辟了广阔的前景[6]；在功率逆变电路方面，由功率场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管(IGCT)等形成的第三代功率器件采用场控，工作频率可以更高，驱动电路更简单。同时，第四代的功率集成电路己崭露头角。功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物，它将半导体功率器件与驱动电路、逻辑控制电路、检测和诊断电路、保护电路集成在一块芯片上，使功率器件含有某种智能功能，因此又称为智能功率集成电路[7]。在转子位置检测方面 ，无刷直流电机的无位置传感器技术近年来日益受到人们的关注，国内外研究人员在这方面进行了积极的研究。针对位置传感器的改善，美国人最近研制出一种混合观测装置，通过固定于定子上的霍尔元件获得信号监测转子位置。以此代替价格不菲的光学编码器，大大降低了电机成本，且提高了监测精度，可谓物美价廉[9]。无刷直流电机的无位置传感器控制的关键在于转子位置信号的获得，现在比较流行的方法有反电动势法、电感法、磁链法、旋转坐标法、卡尔曼滤波器法、续流二极管法、状态观测器法等[8]。另外，台湾的研究人员通过智能换向调节装置实现了无位置传感器的控制。其主要原理是:监测电机端电压，通过开关信号发生器对换向位置作粗略估计，然后给出最佳转矩产生特性，通过智能自调系统对换向瞬间进行微调[10]。在换向控制电路方面，以DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)为核心的控制电路已经成为无刷直流电机电子换相控制器的发展方向，DSP以其强大的运算能力、极高的处理速度在控制系统中获得广泛应用，为模糊控制、神经网络控制、自适应控制、专家系统等具有自学习、自适应、自组织功能的智能控制的实现提供了有利的条件。