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摘 要

本文所论述的内容是以无刷直流电机(BLDC)控制器的软件（基于单片机）设计为背景，采用基于PIC18F4520的PIC单片机汇编语言，用MPLAB集成开发环境（IDE）编译软件,驱动芯片：IR2136，从而实现对无刷电机的正反转以及速度控制。采用比例积分微分（PID）控制器方式可以对无刷电机速度有更好的控制效果。比例积分(PI)调节器的比例(P)部分使动态响应比较快(无滞后),积分(I)部分使系统消除静差,通过PI调节器的调节作用使电动机的转速达到静态无差。本文分析了无刷直流电动机采用PWM控制稳定换相的过程，可以在换相时控制非换相相电流有稳定不变的幅度，并进行补偿以消除低速和高速工作下的换相转矩脉动。

关键词：无刷直流电动机（BLDC），比例积分微分（PID）控制器，PIC18F4520

Abstract

    The content in this paper is based on single chip microcomputer motors design for the controller of brushless dc motor (BLDC) software.Using the PIC MCU assembly language based on PIC18F4520. With MPLAB integrated development environment (IDE) compile software.driving chip:IR2136 to make the brushless motor rotation. Adopting proportional integral differential (PID) controller can control the brushless motor speed better. The proportion part (P) of the proportional integral(PI) controller makes the dynamic response faster (with no lag). And the integral part (I) makes the system to eliminate static error. By regulating the function of PI regulator to make the speed of the motor without static error .The paper analyzes the steady commutation process of the BLDC motor using PWM mode,which can not only entirelyeliminate torque ripple resulted from the current emerging in the turn-off phase during non-commutation period but also compensate torque ripple caused by the commutation current during commutation period.

Keywords: Brushless DC motor(BLDC)，Proportional Integral Derivative controller(PID),PIC18F4520

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2无刷电机的历史与现状 1

1.2.1无刷电机在我国现状 2

1.2.2无刷电机的应用价值 2

1.2.3 无刷直流电机和有刷直流电机的比较 2

1.2.4 无刷直流电机的组成及结构 3

1.2.5 无刷直流电机的工作原理 4

第二章 硬件 8

2.1 单片机简介 8

2.1.1 产品特点 8

2.1.2 PIC18F4520概述 9

2.2 IR2136驱动芯片的特点 10

2.3硬件框图及I/O端口 10

2.3.1 硬件框图 10

2.3.2 芯片I/O接口 11

第三章 电机控制方法 12

3.1 PID控制原理 12

3.1.1PID工作原理 12

3.1.2 PID控制特点 12

3.1.3 PID优点 13

3.1.4位置式PID和增量式PID区别： 14

3.1.5比例、积分和微分控制 14

3.1.6 PID参数功能及作用 15

3.2 PWM原理及其调速作用 15

3.2.1 PWM理论基础 15

3.2.2 PWM调速 16

第四章 软件设计 18

4.1 MPLAB IDE 18

4.1.1 MPLAB IDE简介 18

4.1.2 MPLAB IDE功能 18

4.2 汇编语言 18

4.2.1汇编语言简介 18

4.2.2汇编特点 19

4.2.3 PIC汇编 19

4.3程序设计 20

4.3.1 程序框图 20

4.3.2变量定义： 21

4.3.3 PI控制程序： 23

参考文献 27

致谢 28

绪论

1.1课题背景

随着科学技术的迅速发展，各种场合对无刷电机的需求也不断提高，然而如何提高电机的运转效率、低速转矩和转速精度是近三十年来国际上一直都在寻找控制异步电动机转矩的关键点。针对异步电动机变频调速的研究，稀土永磁无刷直流电动机必将因为其体积小、高效率、宽调速和误差小等特点在控速领域显现出无法替代的优势。

然而无刷电机在我国的发展时间较短，随着我国的科学技术的发展和日益成熟。因为无刷直流电动机作为一种先进的电子驱动执行机构在工业系统中被广泛应用，中国对无刷电机的需求量越来越大，要求也越来越高。无刷电机的结构简单、运行可靠、维护方便、而且有很多种的控制方法。其中，PWM（脉冲宽度调制）控制方法以其稳定性高和动态性能好的特点被广泛地应用在工业现场中。

1.2无刷电机的历史与现状

1917年，Boiiger发现可以用整流管代替有刷直流电机的机械电刷，标志着无刷直流电机的基本思想的诞生。38年后，美国D．Harrison等人将此理论实践，他们首次申请了用晶体管换向线路代替有刷直流电机机械电刷的专利，这也标志着现代无刷电机的诞生。

近40年来，由于电机本体及其相关学科的迅猛发展，“无刷直流电机”的概念已由最初的具有电子换向的直流电机发展到泛指一切具有有刷直流电机外部特性的电子换向电机。无刷直流电机的发展亦使得电机理论与大功率开关器件、模拟和数字专用集成电路、微处理技术、现代控制理论以及高性能材料的结合更加紧密。如今无刷直流电机已经能够集特种电机、变速机构、检测元件、控制软件与硬件于一体，形成为新一代电动伺服系统，代表着当今应用科学的许多最新成果，因此是机电一体化的高技术产物。在航天航空、医疗器械、家用电器、汽车、电动车等多个领域得到广泛应用。

1978年，原西德MANNESMANN公司的Indramat分部在汉诺威贸易博览会上，正式推出MAC经典无刷直流电机及其驱动器，标志着无刷直流电机真正进入了实用阶段。80年代国际上先后研制成方波无刷电机和正弦波无刷直流电机，在10多年的时间里，无刷直流电机在国际上已得到充分的发展，一些发达国家，已将无刷直流电机作为主导电机，并逐步取代其它类型的电机。无刷直流电机在近10年里得到迅速推广应用的另一个原因，是由于电力电子技术和集成控制技术高速发展的结果，性能优良、价格低廉的电子元器件为制造无刷直流电机创造了基本条件。80年代初期，电机本体与换向驱动电路的价格比大约为1：10，而当今已降至1：1～3，这就为大量推广应用创造了先决条件。

1.2.1无刷电机在我国现状

我国在无刷电机方面的研制工作始于70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。如今我国已经有多种系列产品，如ST系列，IFTS系列，ASM系列，但仍没有制定出国家标准，由于我国元器件水平和相关理论与实践相结合的程度还比较低，尤其是制造工艺和加工设备与国际标准差距还是比较大，所以目前我国无刷电机综合水平仍低于国际水平

1.2.2无刷电机的应用价值

无刷直流电机的应用十分广泛，在汽车、工业控制、自动化以及航空航天等行业都有涉及。总的来说，无刷直流电机可以分为以下三种主要用途：

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