摘 要

无刷直流电机（Brushless DC Motor，简称BLDC），是一种随着电子技术的发展而新出现的电动机。这种电机不单单具有了传统有刷直流电机的所有优点，而且取消了严重制约有刷电机发展的碳刷、滑环等机械结构，使得无刷电机的应用范围更加的广泛和实用，是21世纪最具有发展前景的电机之一。

本文的题目是基于STM8S的无刷直流电机控制系统研究。在文章中前面对STM8S系列单片机以及无刷直流电机包括控制系统进行了一定的介绍和研究，并在Altium中对控制系统的硬件电路图进行了构建和讲解，之后在Matlab的Simulink中对基于STM8S的无刷直流电机控制系统进行了仿真和分析。

在建立的仿真模型中，对无刷直流电机控制系统的仿真分为了多个模块，包括最重要的本体部分，还设计了包括电流滞环、速度控制、电流、转矩、转速以及电压逆变等多个部分。通过分析仿真的结果和得出的数据，我们可以得出仿真模型的建立一定程度上模拟了电机的运行情况和运行特性，验证了无刷直流电机的特性，控制系统的可靠性，完成了论文的初衷和目的。

关键词：无刷直流电机；控制系统；单片机；双闭环控制

Abstract

Brushless DC Motor (Brushless DC Motor, BLDC) motors, is a kind of with the development of electronic technology and the emergence of new Motor.This kind of motor not only has the traditional has all the advantages of brushless dc motor, and cancelled the seriously restricting the development of a brush motor carbon brush, slip ring, such as mechanical structure, make the application scope of brushless motor more extensive and practical, is one of the most development prospect of the motor in the 21st century.

The topic of this article is based on the STM8S brushless dc motor control system research.Face STM8S series single-chip microcomputer in the article first and include brushless dc motor control system was introduced and the research, and in Altium hardware circuit diagram of the control system for the building and, after in the Matlab Simulink brushless dc motor control system based on STM8S are simulated and analyzed.

In established the simulation model of brushless dc motor control system simulation is divided into several modules, including the most important part of ontology, including current hysteresis has been devised, speed control, current, torque, speed and voltage inverter, and other parts.Through the analysis of the results of simulation and the data, we can concluded that the establishment of simulation model to simulate the running situation of the motor, to a certain extent and running characteristics, verify the characteristics of the brushless dc motor, the reliability of control system, complete the original intention and purpose of the paper.

Key words: brushless dc motor;Control system;Single chip microcomputer;Double closed loop control

目 录

摘 要 I

第1章 绪论 1

1.1设计的目的和意义 1

1.2无刷直流电机的发展概况 1

第2章 无刷直流电机概述 3

2.1常用电机的分类与结构特点 3

2.2无刷直流电机的工作原理 3

2.2.1三个基本定则 3

2.2.2换相原理 5

2.2.3工作原理 6

2.3无刷直流电机的运行特性 6

2.3.1机械特性 6

2.3.2调速特性 7

2.3.3工作特性 7

2.4无刷直流电机的数学模型 8

第3章 无刷直流电机控制技术和单片机 9

3.1无刷直流电机换相控制 9

3.1.1六步梯形换相 9

3.1.2无刷直流电机换相电路 10

3.1.3有感无刷直流电机换相控制逻辑 10

3.2无刷直流电机调压调速策略 13

3.3无刷直流电机转速单闭环控制 13

3.3.1转速信号的采集和处理 14

3.3.2电机启动及转速调节策略 14

3.4 STM8单片机概述 16

3.4.1 STM8S主要特点 16

3.4.2 STM8S主要应用 16

3.5控制系统硬件电路设计 17

3.5.1主控板电路 17

3.5.2功率板电路 18

第4章 基于STM8S的无刷直流电机控制系统仿真 22

4.1控制系统的最重要部分 23

4.2控制系统的电流部分 23

4.3控制系统的速度部分 24

4.4控制系统的转矩部分 24

4.5控制系统的转速部分 25

4.6控制系统的电压部分 25

4.7仿真结果与分析 25

第5章 总结 28

5.1总结 28

5.2经济可行性分析 28

参考文献 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1设计的目的和意义

无刷直流电机（Brushless DC Motor,简称BLDC或BLDCM）由永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器组成。作为近十年来才兴起的新型技术，无刷直流电机应用技术有着其独有的特点。BLDC是一种新型直流电机，它有着直流电机所具有的所有优点，而且，在传统直流电机上所存在的缺点，它是不具备的。因为无刷直流电机没有碳刷、滑环等结构，是采用的无机械接触的定子和转子完成转动的。在机动车、工业行业、自动化甚至于航空航天等领域内都有很深的应用，在21世纪具有十分良好的发展前景。无刷直流电机控制系统主要由电机本体和驱动电路组成，是典型的机电一体化高新技术。

STM8S系列单片机，是意法半导体公司最新发布的针对工业应用和消费电子开发的产品，其表现的性价比很高。这种单片机在电动自行车、变频家电和航模等需要控制的领域中有着很广泛的应用。

传统直流电机因为有着碳刷、滑环等结构，是需要通过机械方法换向的，这样导致了电机运行过程中出现了噪音、火花、无线电干扰并且使用寿命短，严重制约了电机的应用和发展。而现在流行的无刷直流电机，因为它取消了笨重的换向结构，使得其的结构变得简单，并且，因为采用的新的结构，电机的运行变得更加的可靠，维护也十分的方便。无刷直流电机的运行效率相比较传统而言十分高，它没有励磁损耗，调速的性能也很好。从上可以看出，无刷直流电机的运用范围很广，有着很好的发展前景和研究的价值^[1]。

1.2无刷直流电机的发展概况

有刷直流电机是出现在十九世纪四十年代，是电机领域资格最老的一款电机。有刷直流电机因为有着良好的转矩控制特性，所以，一出现就在电机控制领域占有了一席之地。但是，其也有着十分明显的缺陷，那就是它采用电刷的结构，需要机械换向，严重影响的电机的可靠性，这一问题一直困扰着人们对电机的研究和发展。

当然，这种情况随着人们的深入研究得到了改善。一开始是一名叫做Bolgior的人提出了一种思路，那就是既然电刷制约着电机的性能，那就用其他的东西取代电刷。他提出的那个东西就是整流管。他的这种思路给了后人很大的启发。