無刷直流電動機的單片機控制.doc
約63頁DOC格式手機打開展開
無刷直流電動機的單片機控制,[摘要] 直流無刷電動機是近年來隨著電子技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型直流電動機。具有許多其它電機所不具備的優(yōu)點，它是現(xiàn)代工業(yè)設備、現(xiàn)代科學技術和軍事裝備中的重要的機電元件之一，所以對直流無刷電動機控制方法的研究是很重要的。以c8051f330為例介紹了c8051f單片機在無刷直流電機轉速控制中的應用、實現(xiàn)方法、硬...
內容介紹
此文檔由會員 jackeycyt 發(fā)布
[摘要] 直流無刷電動機是近年來隨著電子技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型直流電動機。具有許多其它電機所不具備的優(yōu)點，它是現(xiàn)代工業(yè)設備、現(xiàn)代科學技術和軍事裝備中的重要的機電元件之一，所以對直流無刷電動機控制方法的研究是很重要的。
以C8051F330為例介紹了C8051F單片機在無刷直流電機轉速控制中的應用、實現(xiàn)方法、硬件結構及軟件結構等。
在學習直流無刷電動機的工作原理和控制方案后對各種控制方案進行了對比分析，根據(jù)直流無刷電動機的運行特性，最終以霍爾式三相直流無刷電動機全控電路為例，以C8051F330單片機為核心，設計了直流無刷電動機的運行控制電路控制直流無刷電動機的正常運行。
實驗和分析表明，控制電路基本上達到了課題設計的目的和要求，能安全地控制直流無刷電動機的正常運行。
本設計所做的控制電路在滿足設計條件的情況下能夠獨立運行，也可以擴展后實現(xiàn)更為復雜、精確的控制，以滿足更高性能的要求。
[關鍵詞] 直流無刷電動機；換相；C8051F330單片機；轉速控制
目錄
0 引言-------------------------------------------------------------------1
0.1 概述---------------------------------------------------------------1
0.2 目前現(xiàn)狀-----------------------------------------------------------2
0.3 課題的設計要求和目的-----------------------------------------------2
0.4 設計工作的主要內容-------------------------------------------------2
1 直流無刷電動機控制系統(tǒng)的概述-------------------------------------------4
1.1 基本結構-----------------------------------------------------------4
1.1.1 直流無刷電動機的繞組聯(lián)結方式---------------------------------4
1.1.2 三相星形聯(lián)結全橋驅動方式-------------------------------------5
1.2 控制結構-----------------------------------------------------------6
1.2.1 直流無刷電機的控制結構---------------------------------------6
1.2.2 直流無刷電動機的控制原理-------------------------------------7
1.3 PWM調速原理-------------------------------------------------------9
1.4 P.I.D簡要介紹---------------------------------------------------11
2.4.1 P.I.D控制的原理和特點--------------------------------------11
2 系統(tǒng)硬件設計----------------------------------------------------------13
2.1 硬件電路基本設計思想----------------------------------------------13
2.1.1 換相控制----------------------------------------------------13
2.1.2 轉速控制----------------------------------------------------14
2.1.3 轉向控制----------------------------------------------------14
2.1.4 啟動限流控制------------------------------------------------15
2.2 C8051F330單片機系統(tǒng)概述[1]----------------------------------------15
2.2.1 片內存儲器--------------------------------------------------15
2.2.2 片內調試電路------------------------------------------------16
2.2.3可編程數(shù)字I/O和交叉開關-------------------------------------16
2.2.4 串行端口----------------------------------------------------16
2.2.5 可編程計數(shù)器陣列--------------------------------------------17
2.2.6 10位模/數(shù)轉換器---------------------------------------------17
2.2.7 比較器------------------------------------------------------17
2.2.8 10位電流輸出DAC--------------------------------------------18
2.3 引腳及封裝定義----------------------------------------------------18
2.4 sn7407n（集電極開路六正相高壓驅動器）-----------------------------20
2.4.1管腳圖-------------------------------------------------------20
2.4.2 sn7407n主要功能及其列表------------------------------------20
2.5 HD7409------------------------------------------------------------20
2.5.1 HD7409引腳圖------------------------------------------------20
2.5.2 HD7409功能表------------------------------------------------21
2.6 LM324-------------------------------------------------------------21
2.7 MOSFET基本結構及原理（以N溝道MOSFET為例）-----------------------21
2.7.1 基本結構----------------------------------------------------21
2.7.2 功率MOSFET的工作原理---------------------------------------22
2.7.3絕緣柵型場效應管的特性曲線(以N溝道增強型MOS場效應管) -------22
2.7.4 本設計所用MOSFET管------------------------------------------23
3 系統(tǒng)軟件設計----------------------------------------------------------24
3.1 設計思想----------------------------------------------------------24
3.2 直流無刷電動機正反轉設計------------------------------------------24
3.3 程序流程圖--------------------------------------------------------25
3.3.1軟件設計的主程序流程圖---------------------------------------25
3.3.2 換相程序流程圖：---------------------------------------------26
3.3.3 定時器0中斷服務程序-----------------------------------------26
結論---------------------------------------------------------------------27
致謝---------------------------------------------------------------------28
參考文獻-----------------------------------------------------------------29
附錄---------------------------------------------------------------------31
附錄一 原理圖---------------------------------------------31
附錄二 程序---------------------------------------------------------32
附錄三 英文原文------------------------------------------------------43
附錄四 中文譯文------------------------------------------------------51
參考文獻
[1] 潘琢金.C8051F330/1混合信號ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊[J],沈陽航空工業(yè)學院，2003，11～17
[2] 路如旃，張繼偉，方千山等.無刷直流電動機的控制系統(tǒng)設計[J]，福建工程學院學報，2006
[3] 杜曉蕓，林瑞光，吳建華．無位置傳感器無刷直流電機的控制策略[J]，電機與控制學報，2002．
[4] 劉丁，余志平，楊延西．基于DSP的無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)設計[J]．電機與控制學報，2002，6(1)．
[5] 羊彥，景占榮，陳文斌，楊旭．無位置傳感器直流無刷電機轉子位置檢測新方法的研究[J]．電氣傳動，2004，34(2)．
[6] 劉明基，王強，鄒繼斌．電動勢換向無刷直流電機的預定位方式起動[J]．微特電機，1999，27(2)．
[7] 譚建成主編．電機控制專用集成電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003．
[8] 崔曉麗，閻治安，易萍虎．一種實用型數(shù)字化無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J]．微電機。2003．
[9] 張爭爭，任永德，謝寶昌．基于DSP的無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J]．微特電機，2001，(2)．
[10] 白雷石，楊華．基于DSP的無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J]．電氣傳動自動化，2002，24(2)：12-14．
[11] 胡文華，宋平崗．基于80C196KB的無刷直流電機控制系統(tǒng)[J]．華東交通大學學報，2004，21(1)：64～67．
[12] 王秀芝，吳忠，許鎮(zhèn)琳．高性能BdCM交流伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀[J]．電氣自動化，1996，18(2)：4—8
[13] 王曉明.電動機的單片機控制[M]，北京航空航天大學出版社.2004
[14] 張琛.直流無刷電動機原理及應用[M]，機械工業(yè)出版社.1998
[15] 汪文 陳林.單片機原理及應用[M]，華中科技大學出版社.2002
字數(shù)統(tǒng)計 23，969
頁數(shù)：63
以C8051F330為例介紹了C8051F單片機在無刷直流電機轉速控制中的應用、實現(xiàn)方法、硬件結構及軟件結構等。
在學習直流無刷電動機的工作原理和控制方案后對各種控制方案進行了對比分析，根據(jù)直流無刷電動機的運行特性，最終以霍爾式三相直流無刷電動機全控電路為例，以C8051F330單片機為核心，設計了直流無刷電動機的運行控制電路控制直流無刷電動機的正常運行。
實驗和分析表明，控制電路基本上達到了課題設計的目的和要求，能安全地控制直流無刷電動機的正常運行。
本設計所做的控制電路在滿足設計條件的情況下能夠獨立運行，也可以擴展后實現(xiàn)更為復雜、精確的控制，以滿足更高性能的要求。
[關鍵詞] 直流無刷電動機；換相；C8051F330單片機；轉速控制
目錄
0 引言-------------------------------------------------------------------1
0.1 概述---------------------------------------------------------------1
0.2 目前現(xiàn)狀-----------------------------------------------------------2
0.3 課題的設計要求和目的-----------------------------------------------2
0.4 設計工作的主要內容-------------------------------------------------2
1 直流無刷電動機控制系統(tǒng)的概述-------------------------------------------4
1.1 基本結構-----------------------------------------------------------4
1.1.1 直流無刷電動機的繞組聯(lián)結方式---------------------------------4
1.1.2 三相星形聯(lián)結全橋驅動方式-------------------------------------5
1.2 控制結構-----------------------------------------------------------6
1.2.1 直流無刷電機的控制結構---------------------------------------6
1.2.2 直流無刷電動機的控制原理-------------------------------------7
1.3 PWM調速原理-------------------------------------------------------9
1.4 P.I.D簡要介紹---------------------------------------------------11
2.4.1 P.I.D控制的原理和特點--------------------------------------11
2 系統(tǒng)硬件設計----------------------------------------------------------13
2.1 硬件電路基本設計思想----------------------------------------------13
2.1.1 換相控制----------------------------------------------------13
2.1.2 轉速控制----------------------------------------------------14
2.1.3 轉向控制----------------------------------------------------14
2.1.4 啟動限流控制------------------------------------------------15
2.2 C8051F330單片機系統(tǒng)概述[1]----------------------------------------15
2.2.1 片內存儲器--------------------------------------------------15
2.2.2 片內調試電路------------------------------------------------16
2.2.3可編程數(shù)字I/O和交叉開關-------------------------------------16
2.2.4 串行端口----------------------------------------------------16
2.2.5 可編程計數(shù)器陣列--------------------------------------------17
2.2.6 10位模/數(shù)轉換器---------------------------------------------17
2.2.7 比較器------------------------------------------------------17
2.2.8 10位電流輸出DAC--------------------------------------------18
2.3 引腳及封裝定義----------------------------------------------------18
2.4 sn7407n（集電極開路六正相高壓驅動器）-----------------------------20
2.4.1管腳圖-------------------------------------------------------20
2.4.2 sn7407n主要功能及其列表------------------------------------20
2.5 HD7409------------------------------------------------------------20
2.5.1 HD7409引腳圖------------------------------------------------20
2.5.2 HD7409功能表------------------------------------------------21
2.6 LM324-------------------------------------------------------------21
2.7 MOSFET基本結構及原理（以N溝道MOSFET為例）-----------------------21
2.7.1 基本結構----------------------------------------------------21
2.7.2 功率MOSFET的工作原理---------------------------------------22
2.7.3絕緣柵型場效應管的特性曲線(以N溝道增強型MOS場效應管) -------22
2.7.4 本設計所用MOSFET管------------------------------------------23
3 系統(tǒng)軟件設計----------------------------------------------------------24
3.1 設計思想----------------------------------------------------------24
3.2 直流無刷電動機正反轉設計------------------------------------------24
3.3 程序流程圖--------------------------------------------------------25
3.3.1軟件設計的主程序流程圖---------------------------------------25
3.3.2 換相程序流程圖：---------------------------------------------26
3.3.3 定時器0中斷服務程序-----------------------------------------26
結論---------------------------------------------------------------------27
致謝---------------------------------------------------------------------28
參考文獻-----------------------------------------------------------------29
附錄---------------------------------------------------------------------31
附錄一 原理圖---------------------------------------------31
附錄二 程序---------------------------------------------------------32
附錄三 英文原文------------------------------------------------------43
附錄四 中文譯文------------------------------------------------------51
參考文獻
[1] 潘琢金.C8051F330/1混合信號ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊[J],沈陽航空工業(yè)學院，2003，11～17
[2] 路如旃，張繼偉，方千山等.無刷直流電動機的控制系統(tǒng)設計[J]，福建工程學院學報，2006
[3] 杜曉蕓，林瑞光，吳建華．無位置傳感器無刷直流電機的控制策略[J]，電機與控制學報，2002．
[4] 劉丁，余志平，楊延西．基于DSP的無刷直流電機無傳感器控制系統(tǒng)設計[J]．電機與控制學報，2002，6(1)．
[5] 羊彥，景占榮，陳文斌，楊旭．無位置傳感器直流無刷電機轉子位置檢測新方法的研究[J]．電氣傳動，2004，34(2)．
[6] 劉明基，王強，鄒繼斌．電動勢換向無刷直流電機的預定位方式起動[J]．微特電機，1999，27(2)．
[7] 譚建成主編．電機控制專用集成電路[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003．
[8] 崔曉麗，閻治安，易萍虎．一種實用型數(shù)字化無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J]．微電機。2003．
[9] 張爭爭，任永德，謝寶昌．基于DSP的無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J]．微特電機，2001，(2)．
[10] 白雷石，楊華．基于DSP的無刷直流電動機控制系統(tǒng)[J]．電氣傳動自動化，2002，24(2)：12-14．
[11] 胡文華，宋平崗．基于80C196KB的無刷直流電機控制系統(tǒng)[J]．華東交通大學學報，2004，21(1)：64～67．
[12] 王秀芝，吳忠，許鎮(zhèn)琳．高性能BdCM交流伺服系統(tǒng)發(fā)展趨勢及研究現(xiàn)狀[J]．電氣自動化，1996，18(2)：4—8
[13] 王曉明.電動機的單片機控制[M]，北京航空航天大學出版社.2004
[14] 張琛.直流無刷電動機原理及應用[M]，機械工業(yè)出版社.1998
[15] 汪文 陳林.單片機原理及應用[M]，華中科技大學出版社.2002
字數(shù)統(tǒng)計 23，969
頁數(shù)：63
