论文总字数：23370字

摘 要

永磁无刷直流电动机（Brushless DC Motor，简称 BLDCM）是近年来随着微处理器技术、新型电力电子器件、新型控制理论的发展，以及新型永磁材料的出现而发展起来的一种新型直流电动机。无刷直流电机具有体积小、工作稳定、速度调节范围广和运行效率高等诸多优点。因此，无刷直流电机控制系统的研究有着深远的意义。

本论文设计实现了无刷直流电机的单片机矢量控制系统，介绍了无刷直流电机的结构及数学模型，分析了矢量控制的原理及实现方法，包括三相坐标系、两相静止与旋转坐标系下的电机基本方程和矢量控制基本公式等。在硬件方面，以峰岹科技公司生产的FU6818为主要控制芯片，以主控芯片内部集成的Predriver为功率驱动器，并利用该芯片内部的FOC驱动控制器，完成了电源控制、电流电压采样和电机驱动电路等部分；在软件方面，以keil uvision4为程序开发环境，完成了主程序、中断程序等部分，成功地实现了SVPWM的输出、BLDCM的驱动控制、系统异常处理及保护功能。在论文最后给出了实验测试结果，包括SVPWM波形，相电流波形等，并对其均做了简要分析。

关键词：无刷直流电机 单片机 矢量控制 SVPWM

Research and Design of Brushless DC Motor

Vector Control Based on Single Chip Microcomputer

Abstract

Brushless DC Motor (BLDCM) is a kind of New DC motor,and it has been developing in recent years with the help of the development of microprocessor technology, new power electronic devices, new control theory, and the appearance of new type of permanent magnet material.Brushless DC motor has the advantages of small size, stable operation, wide speed range and high operating efficiency. Therefore, the study of brushless DC motor control system has far-reaching significance.

This paper designs and implements the single-chip vector control system of brushless DC motor.The structure and mathematical model of the brushless DC motor are introduced. The principle and realization method of the vector control are analyzed, including the basic equations of the motor and the basic formula of the vector control in the three - phase coordinate system, the two - phase stationary and rotating coordinate system.In terms of hardware, the FU6818 produced by the FengTiao technology company as the main control chip to the integrated chip integrated Predriver for the power driver, and the use of the chip's internal FOC drive controller, completed the Power control circuit,the current and voltage sampling circuit, the motor drive circuit , Speed control circuit.In the software, the keil uvision4 is the software program development environment ,completed the main program, interrupt procedures and other parts, successfully achieved SVPWM output, brushless DC motor drive control, system exception handling and protection functions.At the end of the paper, the experimental results are given, including SVPWM waveform, phase current waveform, and make a brief analysis.

Key Words: BLDCM;Single Chip ;vector control; SVPWM

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 主要工作内容 2

第二章 无刷直流电机控制系统 3

2.1 无刷直流电机系统结构 3

2.1.1 无刷直流电机主体 3

2.1.2位置传感器 4

2.1.3 电子换相电路 4

2.2 无刷直流电机工作原理 5

2.3无刷直流电机数学模型 7

第三章 矢量控制理论 10

3.1 矢量控制的基本思路 10

3.2 id=0矢量控制策略 10

3.3 空间电压矢量脉宽调制技术（SVPWM） 11

3.4 BLDCM矢量控制系统设计 14

第四章 无刷直流电机控制系统设计 16

4.1 硬件设计 16

4.1.1 控制芯片FU6818介绍 16

4.1.2 主控制电路设计 18

4.1.3 开关电源控制电路设计 19

4.1.4主功率驱动电路设计 20

4.1.5 电压采样电路设计 21

4.1.6 电流采样电路设计 22

4.1.7 电机转动方向控制电路设计 23

4.1.8 系统数据存储电路设计 24

4.2 软件设计 24

4.2.1 开发环境简介 25

4.2.2 无刷直流电机参数测量 25

4.2.2 主程序设计 27

4.2.3 中断程序设计 33

第五章 实验与结果分析 36

5.1 无刷直流电机控制系统介绍 36

5.2 系统调试 37

5.2.1 SVPWM波形测试 37

5.2.1电机相电流测量 41

第六章 总结 43

6.1 工作总结 43

6.2 展望 43

参考文献 44

致谢 46

1. 绪论

1.1研究背景与意义

自21世纪以来，人类越发的关注环境保护、资源合理利用，我国也提出了可持续发展的政策方针，各个科研单位和研发机构都按照这个目标去更新和研发设计产品。随着现代互联网、新型高性能材料和精密控制等技术的迅速发展，各种各样的高科技产品被研发设计，并且正向着大规模化、集成化、高度智能化方向快速发展，其中关于电机控制系统相关的产品发展较为迅猛，被大量应用于工业、民用等领域。过去的电动机启动控制和提供机械动力等简单功能已不能满足人们的生活需要。在这样的大环境背景下，对电动机的低速大扭矩、位置分辨率、速度调控范围和带负载能力等精密控制有很大需求，快速促进了电动机的发展。

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