基于单片机的无刷直流电机速度控制设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

电动机作为机电能量的转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中。传统的直流电动机均采用电刷,以机械方法进行换向,存在着相对的机械摩擦,由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点,制造成本高及维修困难等缺点,因而大大地限制了它的应用范围。永磁无刷直流电动机是近年随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，它具有以下优点:无刷直流电动机对于给定的转矩能够响应得更快,控制特性更好。效率比感应电动机高，因为在感应电机运行时,转子上不会产生铜损和铁损。在相同容量下,无刷直流电动机的体积相对要比感应电机小,重量轻。而且噪音小，调速方便,灵活,范围广。

目前永磁无刷直流电动机控制器结构已有多种形式，有最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定。虽然专用控制芯片优点很多，但往往价格比较昂贵。考虑到成本问题，采用市场上普通的stc89c52单片机作为主控芯片.stc89c52是stc公司生产的一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系统可编程flash存储器。stc89c52使用经典的mcs-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，使得stc89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。该款单片机使用调试方便，性能稳定，价格低廉，所以最终选择了这款单片机作为系统的主控制器。

无刷直流电动机自1962年问世以来，现已广泛应用于计算机外围设备、办公自动化设备、家电产品、音像设备、汽车、电动车、数控机床、机器人、医疗设备、宇宙飞船、人造卫星等方面和领域。70年代初，随着电机技术及其相关学科的迅猛发展，无刷直流电机进入了实用阶段，在计算机外设等领域开始应用，还先后研究成功方波和正弦波无刷直流电机。近40年来，“无刷直流电机”的概念已由最初的具有电子换向器的直流电机发展到泛指一切具有传统直流电机外部特性的电子换向电机。如今的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，形成为新一代电动调速系统，且体现着当今应用科学的许多最新成果，因此其是机电一体化的高科技产物，在各个领域得到了广泛的应用。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标：初步掌握无刷直流电机内部结构及单片机控制系统相关技术，实现一个基于单片机的无刷直流电机速度控制的设计与仿真。

研究内容：熟悉和掌握stc89c52单片机的各引脚功能和通过单片机控制无刷直流电机速度的方法。通过核心电路模块的设计，逐步掌握单片机的硬件电路、电机的驱动电路、功率逆变电路、运行电流检测电路、转速检测电路等电路模块的原理。综合运用所学专业知识解决问题；学会自主完成研究论文的撰写方法和过程。

研究方法：系统框图如图1所示，由图可知本系统选择stc89c52单片机为核心控制芯片。但是光有一个控制芯片还不够，要控制无刷直流电机的转速，必须知道电动机的实时转速，所以采用一个转速检测电路接一个数码管显示来展现电动机的实时转速。此外还需要一个输入设备来对电动机转速来进行调整，故选择一个2*3键盘来进行输入。要使无刷直流电机正常运转，需要用一个lm621芯片换向，位置传感器测定电动机转子磁极位置，并且通过逆变电路和电机驱动电路来使电机启动。最后，本设计对无刷直流电机的调速采用pwm控制，通过对单片机stc89c52进行编程，即可得到所需要的pwm波形，同时占空比的大小可任意改变，通过改变占空比的大小即可改变平均电压，因此能够改变电动机的转速。

本设计需要较强的动手能力，从硬件和软件两方面来完成无刷直流电机转速

的控制。硬件部分主要包括单片机和键盘接口电路、数码管显示电路、逆变驱动电路和限流保护电路等。软件部分主要是键盘扫描程序、测速程序、显示程序、pwm输出程序以及在matlab和simulink中对整个控制系统进行建模，得出仿真波形，并对仿真图进行分析，验证方案的可行性等。

3. 研究计划与安排

第1周查阅设计题目的相关资料；

第2周撰写开题报告；

第3周翻译英文资料；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]孙晓旭.基于proteus和avr单片机的无刷直流电机控制系统仿真[j],电子设计工程，2015年10月第23卷第19期

[2]李家庆,李芳,叶文.无刷直流电机控制应用[m].北京航空航天大学出版社.2014

[3]王清,肖忠,姚菁.proteus仿真环境下的pid参数整定及其应用[j].自动化与信息工程1,2012(2):36-39.