51单片机新型无刷直流电机控制器的设计+源程序(2)
5.3. 调试结果 23
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附 录 29
1. 绪论
1.1. 概述
1.1.1. 无刷直流电机的发展及应用
一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围己遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中。电动机主要类型有同步电动机，异步电动机与直流电动机三种。直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但传统直流电机采用机械机构电刷进行换向，因而存在机械摩擦，并由此带来电磁噪声、换向火花、以及寿命短等缺点，再加上制造成本高、文修困难，从而极大的限制了它的发展和应用范围[1]。
针对上述传统直流电动机的弊病，以电子换相取代机械换相的无刷直流电机应运而生。无刷直流电机以电子换向器代替机械电刷和换向器实现直流电机的换相，它既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、文护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多特点，同时克服了有刷直流电机由于机械电刷和换向器的存在所带来的噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等弊病[1~4]。
进入九十年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，以及微处理器、大规模集成电路技术的发展，逆变装置也发生了根本性的变化。这些开关器件本身向着高频化、大容量、智能化方向发展，并出现集半导体开关、信号处理、自我保护等功能为一体的智能功率模块和大功率集成电路，使无刷直流电动机的关键部件逆变器的成本降低，且向高频化、小型化发展。同时，永磁材料的性能不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁体的热稳定性和耐腐蚀性的改善，加上永磁电机研究和开发经验的逐步成熟，稀土永磁无刷直流电机的应用和开发进入一个新阶段，目前正朝着超高速、高转矩、高功能化、微型化方向发展[5~8]。
现如今，无刷直流电机的应用范围已经涉入到各个领域。由于大多数电子设备中电子线路均有直流电源供电，且要求电机具有调速、稳速、定位控制等特性。因此当前大多数精密设备中均采用无刷直流电机驱动控制。如计算机硬、软盘驱动，激光打字机棱镜驱动，录像机鼓驱动，CD 唱机驱动，医疗诊断 CT机，治疗用高速牙钻，卫星上太阳能帆板驱动，仪用通风机等。在工业自动化领域中，目前已应用的高档数控
加工设备，已有取代传统结构的直流和交流电机的趋势[9~11]。
1.1.2. 无刷直流电机控制系统的发展
电子产品的发展经历了分立元件到集成化元件、功能从简单到复杂、新的理论和器件不断出现，电机及其控制器也经历有同样情况，由于直流无刷电机及其控制系统真正问世不过30余年的历史，对其的研究正处于方兴未艾的阶段[7]。
直流无刷电机控制系统的发展和电子电力器件的发展是密切相关的，也受益于微处理技术的发展,电机控制系统呈现出以下的发展趋势：
小型化和集成化发展：现在已经有将控制器放在电机内部，使电机和控制部分一体化，真正方便使用者使用，另外控制系统本身逐渐集成化、模块化，减少开发难度，降低开发成本和时间；
功能多样化发展：初期的控制器只是满足电机的正常运转，现在朝更加人性化的方向发展：电流电压的显示、速度控制、时间控制、工作时间的显示、工作状态的查询、问题的记录、多种告警信息的显示和告警控制等等[12]；
电机本身以及控制系统存在问题的解决：速度和转矩波动是需要进一步解决的问题，在试听设备、航空电气以及计算机中使用的直流无刷电机，对于平稳性、精度和噪音有很高的要求，这就需要对于电机的设计和制造提出更高的要求，另外也需要研究新的控制理论，对于控制系统进行改进和提高，模糊控制、神经网络控制、变结构控制、鲁棒控制、参数自适应控制等先进的控制理论正在逐渐用于控制系统，也必会使整体的控制系统更加完善和有效[9]。