一种无刷电机风机控制系统设计【字数：8934】
有刷直流电机带有机械电刷，在使用中机械电刷容易损坏出现可靠性问题，同时电刷的存在使得电机转速不能过高。随着电机技术和控制技术的发展，无刷直流电机（BLDC）逐步取代有刷直流电机用于工业的各种场合。相比有刷直流电机，无刷电机结构简单，转速高，运行可靠。无刷直流电机运用的关键在于它的有效控制，采用最新的微处理器控制技术，无刷电机控制系统，被广泛用于在车辆和工业控制系统中。本文对对无刷直流电机的无感控制进行研究，并完成了一款无刷风机控制器的原理图设计和PCB版图，同时在MDK软件环境下编写了应用程序，实现无刷直流电机的驱动控制，实现基本的无级调速功能。
目录
第一章 前言 1
1.1无刷直流电机发展历程 1
1.2课题背景及研究意义 1
1.3课题内容介绍 2
1.4无刷电机与有刷电机的比较 2
第二章 无刷直流电机的工作原理 3
2.1无刷直流电机的基本结构 3
2.1.1电机本体 3
2.1.2电子开关电路 3
2.1.3位置传感器 3
2.2无刷直流电机的工作原理 4
2.2.1相关定则介绍 4
2.2.2磁回路原理分析 5
2.2.3无刷直流电机的工作原理 5
第三章 无刷直流电机调速系统设计 8
3.1无刷直流电机换相的基本原理 8
3.1.1无感无刷直流电机的换相 8
3.1.2换相策略 9
3.2无刷直流电机的调速系统 10
第四章 控制系统的主要硬件电路设计 11
4.1硬件电路原理框图 11
4.2驱动电路分析 11
4.2.1六臂全桥式驱动电路分析 11
4.2.2 IR2101S自举电路分析 13
4.3相电流采样电路 14
4.4反电动势过零检测电路 15
第五章 控制系统的软件设计 16
5.1 MDK开发环境简单介绍 16
5.2 STM32库的介绍 16
5.3 程序开发流程介绍 16
5.3.1相电流采样 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
检测 17
5.3.2换相检测 17
5.4主要函数介绍 17
第六章 设计系统总结 19
6.1结论 19
6.2总结 19
第七章 成果展示 20
7.1原理图 20
7.2PCB版图 21
7.3实物图 22
致谢 23
参考文献 24
前言
1.1无刷直流电机发展历程
目前电动机的主要分类：直流电动机、异步电动机和同步电动机。虽然直流电动机具备效率高、调速性能好的优点，但是由于其以电刷进行机械换向，结果会带来一些不利影响，如噪声、使用寿命变短等。正是在直流电动机在应用中受到了极大限制的背景下，为了解决直流电动机机械换相的这一致命缺点，经过科学家的苦心研究，终于在八十年代初，无刷直流电机登上了历史舞台。以晶体管换相电路代替机械电刷的无刷直流电机不仅很好解决了直流电动机的致命弱点而且继承了它的诸多优点。这一伟大发明使得无刷直流电机得到广泛的应用，并且在此基础上先后研发出方波无刷直流电机和正弦无刷直流电机。多年以来，在自动控制技术、永磁新材料技术和微电子技术等科学技术的推动下，无刷直流电机得到了很好的发展，从而为其广泛应用奠定了更加坚实的基础。无刷直流电机由于其具备结构简单、易于维护、调速控制稳定等诸多优点，如今，小到生活出行大到军事医疗、航空航天等领域，我们都会发现它的身影。由此可见，无刷直流电机已是现代科技发展的重要组成部分，并且占有极其重要的地位。
1.2课题背景及研究意义
几十前，人们出行的主要代步工具便是人力自行车，由于我国人口基数较大，这便使得我国自行车市场非常大，随着我国改革开放的深入，人民生活水平的日益提高，人们对于出行效率的要求便越来越高，人力自行车已无法满足人们的需求。同时由于我国对于电动自行车的研究相比较欧美国家起步较晚，技术相对不怎么成熟且家用轿车还未普及，于是，摩托车及燃油助动车便成了人们出行的首选目标。但是，在这些交通工具给我们生活带来便利的同时也给我们带来了严重的环境问题，近几年因环保问题受到人们越来越多对的关注，人们急需一种轻便快捷、安全环保的交通工具来解决这个迫切问题。于是，电动自行车便成了人们研究的热点，从早期使用的有刷直流电机到现在的无刷直流电机，电动自行车逐步走进了人们的生活。今天，随着电力电子技术、自动控制技术、微电子技术的发展，无刷直流电机的应用范围已经遍及国民经济的各个领域，如航空航天、军事医疗等，这便体现着我们对其研究的必要性，以便更好地推动社会科技的发展。
1.3课题内容介绍
本篇研究的是设计一个无刷直流电机转速控制系统，该系统利用微控制器搭建硬件及软件系统，最终实现电机的无级调速功能。课题研究内容如下:
.研究stm32主控芯片，设计基于此芯片的无刷直流电机无级调速的硬件系统。该硬件系统不仅能够实现基本功能而且还要有保护功能。
.研究无刷直流电机的理论知识，设计完善的调速软件，实现PWM信号调速功能。
1.4无刷电机与有刷电机的比较
无刷直流电机与有刷直流电机各方面比较如下表所示:
特性
无刷直流电机
有刷直流电机
换向
电子换向
电刷换向
维护
由于无电刷面，较少需要
需要定期维护
寿命
较长
较短
目录
第一章 前言 1
1.1无刷直流电机发展历程 1
1.2课题背景及研究意义 1
1.3课题内容介绍 2
1.4无刷电机与有刷电机的比较 2
第二章 无刷直流电机的工作原理 3
2.1无刷直流电机的基本结构 3
2.1.1电机本体 3
2.1.2电子开关电路 3
2.1.3位置传感器 3
2.2无刷直流电机的工作原理 4
2.2.1相关定则介绍 4
2.2.2磁回路原理分析 5
2.2.3无刷直流电机的工作原理 5
第三章 无刷直流电机调速系统设计 8
3.1无刷直流电机换相的基本原理 8
3.1.1无感无刷直流电机的换相 8
3.1.2换相策略 9
3.2无刷直流电机的调速系统 10
第四章 控制系统的主要硬件电路设计 11
4.1硬件电路原理框图 11
4.2驱动电路分析 11
4.2.1六臂全桥式驱动电路分析 11
4.2.2 IR2101S自举电路分析 13
4.3相电流采样电路 14
4.4反电动势过零检测电路 15
第五章 控制系统的软件设计 16
5.1 MDK开发环境简单介绍 16
5.2 STM32库的介绍 16
5.3 程序开发流程介绍 16
5.3.1相电流采样 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
检测 17
5.3.2换相检测 17
5.4主要函数介绍 17
第六章 设计系统总结 19
6.1结论 19
6.2总结 19
第七章 成果展示 20
7.1原理图 20
7.2PCB版图 21
7.3实物图 22
致谢 23
参考文献 24
前言
1.1无刷直流电机发展历程
目前电动机的主要分类：直流电动机、异步电动机和同步电动机。虽然直流电动机具备效率高、调速性能好的优点，但是由于其以电刷进行机械换向，结果会带来一些不利影响，如噪声、使用寿命变短等。正是在直流电动机在应用中受到了极大限制的背景下，为了解决直流电动机机械换相的这一致命缺点，经过科学家的苦心研究，终于在八十年代初，无刷直流电机登上了历史舞台。以晶体管换相电路代替机械电刷的无刷直流电机不仅很好解决了直流电动机的致命弱点而且继承了它的诸多优点。这一伟大发明使得无刷直流电机得到广泛的应用，并且在此基础上先后研发出方波无刷直流电机和正弦无刷直流电机。多年以来，在自动控制技术、永磁新材料技术和微电子技术等科学技术的推动下，无刷直流电机得到了很好的发展，从而为其广泛应用奠定了更加坚实的基础。无刷直流电机由于其具备结构简单、易于维护、调速控制稳定等诸多优点，如今，小到生活出行大到军事医疗、航空航天等领域，我们都会发现它的身影。由此可见，无刷直流电机已是现代科技发展的重要组成部分，并且占有极其重要的地位。
1.2课题背景及研究意义
几十前，人们出行的主要代步工具便是人力自行车，由于我国人口基数较大，这便使得我国自行车市场非常大，随着我国改革开放的深入，人民生活水平的日益提高，人们对于出行效率的要求便越来越高，人力自行车已无法满足人们的需求。同时由于我国对于电动自行车的研究相比较欧美国家起步较晚，技术相对不怎么成熟且家用轿车还未普及，于是，摩托车及燃油助动车便成了人们出行的首选目标。但是，在这些交通工具给我们生活带来便利的同时也给我们带来了严重的环境问题，近几年因环保问题受到人们越来越多对的关注，人们急需一种轻便快捷、安全环保的交通工具来解决这个迫切问题。于是，电动自行车便成了人们研究的热点，从早期使用的有刷直流电机到现在的无刷直流电机，电动自行车逐步走进了人们的生活。今天，随着电力电子技术、自动控制技术、微电子技术的发展，无刷直流电机的应用范围已经遍及国民经济的各个领域，如航空航天、军事医疗等，这便体现着我们对其研究的必要性，以便更好地推动社会科技的发展。
1.3课题内容介绍
本篇研究的是设计一个无刷直流电机转速控制系统，该系统利用微控制器搭建硬件及软件系统，最终实现电机的无级调速功能。课题研究内容如下:
.研究stm32主控芯片，设计基于此芯片的无刷直流电机无级调速的硬件系统。该硬件系统不仅能够实现基本功能而且还要有保护功能。
.研究无刷直流电机的理论知识，设计完善的调速软件，实现PWM信号调速功能。
1.4无刷电机与有刷电机的比较
无刷直流电机与有刷直流电机各方面比较如下表所示:
特性
无刷直流电机
有刷直流电机
换向
电子换向
电刷换向
维护
由于无电刷面，较少需要
需要定期维护
寿命
较长
较短
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