摘 要

近年来，电机控制技术迅猛发展，电力电子技术变革加快，微电子技术异军突起，新型永磁材料横空出世，一种新型电机应运而生，它就是BLDCM—永磁无刷直流电动机。BLDCM 兼具交直流电动机的优点，因此BLDCM成为研究的热门领域。在对BLDCM控制系统的研究的基础上，本文提出了基于反电势法无传感器的BLDCM控制系统。

本文在BLDCM控制系统发展的基础上，对于其结构模型和运行原理进行了细致的分析和论述，建立出了数学模型，并对最常用的无位置传感器检测方法—反电势法的工作原理重点分析，设计出了实现电路。

在系统硬件设计方面，处理器采用，全桥电路主开关器件采用的是智能功率模块()，驱动用光耦来实现。同时设计了检测电路和保护电路，检测电路以反电势法为基础，主要检测电流和电压信号。

在系统软件设计方面，首先考虑的是主程序的构思。主程序由事件管理器初始化程序、开环启动程序、换相子程序、中断服务程序等构成，通过各个子程序的协同作用，来达到控制换向、电流、速度和位置监测的功能。

关键词：无刷直流电动机；；反电动势

Abstract

BLDCM is a new motor with the development of the technology of controlling motor, power electronics, microelectronics and the emergence of new permanent magnet material. Due to the reason that BLDCM has the advantages of both AC and DC motors, it has become a research hotspot. In this paper, based on permanent magnet brushless DC motor control system, we propose sensor-based EMF Method permanent magnet brushless DC motor control system.

On the basis of development of permanent magnet brushless DC motor control system and application of a review of the detailed description of the structure and working principle of brushless DC motor, it gives its mathematical model, and analyzes of the position sensorless control technology, which is the most commonly used method of rotor position detection - EMF method and designs a circuit.

The design of system hardware uses TMS320LF2407A as processor and intelligent power module (IPM) as the main inverter switching devices of full bridge circuit, and it uses an opto driver. And a current, voltage signal based on EMF detection circuit is done, the design of the necessary protection circuits as well.

Software systems includes DSP event manager initialization procedure, the open-loop start-up procedure, commutation subroutine, ADC interrupt service routine, etc., aiming to achieve the output PWM signal, open-loop start, commutation control, current, speed and position control and other functions.

Finally, we use MATLAB / SIMULINK to establish a position sensorless brushless DC motor control system simulation model, and back EMF zero crossing detection method was simulated. The waveforms of consistent speed, torque, counter electromotive force are given, and the simulation model consists with the theoretical analysis results, the validity and reasonableness of the counter electromotive force control system design and zero-crossing detection method are verified.

Key Words：BLDCM；DSP；back-EMF

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 无刷直流电动机发展及现状 1

第2章 无刷直流电动机BLDCM数学模型及其控制策略 3

2.1 BLDCM工作原理 3

2.1.1 无刷直流电机的结构 3

2.1.2 无刷直流电动机工作原理 4

2.2 无刷直流电动机调速方法 6

2.3 无刷直流电动机数学模型 7

2.4 BLDCM控制策略 8

2.5 本章小结 9

第3章 硬件设计 10

3.1 总体设计 10

3.2 TMS320LF2407A DSP芯片概述 11

3.2.1芯片特点 11

3.3 外围电路设计 12

3.3.1 DSP电源电路设计 12

3.3.2 存储扩展电路设计 12

3.4 主电路 13

3.5 检测电路 14

3.5.1 直流电压检测电路设计 14

3.5.2 电流检测电路设计 15

3.5.3 转子位置检测电路设计 16

3.6 保护电路 17

3.7 本章小结 17

第4章 软件设计 18

4.1 主程序 18

4.2 电动机启动子程序 19

4.3 换相子程序 19

4.4 ADC中断子程序 19

4.5 本章小结 21

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

电动机一般分为三种类型—同步电动机、异步电动机和直流电动机。传统直流电动机的换相方式是靠机械方式下的电刷达到，机械摩擦不可避免，这带来了很多缺陷，比如使用年限短、产生噪音和火花等。更多的是,维修起来十分困难，以及高昂的制造成本导致其在当今工农业的生产中得不到厚爱，使用更多的是三相异步电动机。

伴随着社会发展,各式各样新型的电动机被不断制造出来。无刷电动机以电子换相代替机械手段，减少了上文所说的弊端，从上个世纪开始,人们开始研究无刷电动机。可喜的是，取得了一些成果。但当时大功率电力电子器件仅仅得到初步开发,人们理想中的电子换向不能实现。因此，只有在实验室内的研究才能看到这类电动机，至于其大范围推广遥遥无期。年,哈利森等人首次申请了应用晶体管换向的专利,这奠定了现代直流无刷电动机BLDCM的基础。但起动转矩的缺失，该电动机距离成为产品还有很长的距离。之后,霍尔元件出现，人们使用它来进行换向,这大大加快了BLDCM产品化的步伐。

上文中说到,例交流电动机的优点是构造简单、工作稳定以及维护便利等，直流电动机具有运行高效、无励磁损耗和调速表现优良的优点，直流无刷电动机BLDCM集结了两者的优点，故在医疗器具、仪器仪表、化学工业、轻型纺织等方面的应用一天天增多，如计算机硬盘里的主轴电动机、摄像机中的伺服电动机等，都是其应用的典型范。