直流电机毕业论文设计（精选8篇）
1.直流电机毕业论文设计 篇一
时光荏苒，岁月如梭，转眼间我在华侨大学的学习生涯即将划上句号。在此论文完成之际，对指导过我的老师、帮助过我的同学和朋友以及支持着我的家人表达由衷的感谢。
在这三年学习生活中，特别感谢我的指导老师郭新华副教授对我的引导和栽培。郭老师渊博的理论学识、严谨的教学态度以及务实的科研作风给我留下了深刻的印象，是我一生奋斗的目标。在课题研究过程中，不论是课题研究的整体规划，还是仿真、实验的具体操作，郭老师总是耐心地指导，使我能够及时地解决遇到的问题，进而顺利地完成各项研究任务。在此对郭老师表示我最真挚的感谢。
感谢我的父亲和母亲，是你们的理解和支持使我能够专心于电机设计的学习，顺利地完成学业。
感谢我的好友黄若琳在英文写作上给予的指导。
感谢已毕业师兄颜冰钧、郭保甲、陈银和边元均在我刚进入实验室之时提供的帮助和指导，是你们带领着我走上了科研学习之路。
感谢我的同学林巧彬、张莹文、吴燕峰、薛娴。感谢在读研究生武少哲、曾培煌、陈超、夏良、陈元熹、学江煜、傅金源、晏东。正是由于你们为实验室营造的良好的学习氛围，定期举办的学术汇报，开阔了我的视野、丰富了我的研究生生活，使得我的各项工作得以圆满完成。
2.直流电机毕业论文设计 篇二
1 直流电机控制系统的设计目标与原则
直流电机控制系统是动力系统的“CPU”, 其具有十分重要的作用, 对直流电机控制系统的设计必须要高度重视, 准确把握系统功能与性能要求, 提高设计的质量。对于单向的电机驱动, 只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可, 当电机需要双向转动时, 可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速, 只要使用继电器即可;但如果需要调速, 可以使用三极管, 场效应管等开关元件实现PWM (脉冲宽度调制) 调速。对于PWM调速的电机控制系统要满足以下性能指标:输出电流和电压范围满足需要, 它决定着电路能驱动多大功率的电机;效率高能耗低, 要提高电路的效率, 可以从保证功率器件的开关工作状态和防止共态导通 (H桥或推挽电路可能出现的一个问题, 即2个功率器件同时导通使电源短路) 入手;功率电路对其输入端应有良好的信号隔离, 防止有高电压大电流进入主控电路, 这可以用高的输入阻抗或者光电耦合器实现隔离;关注对电源的影响, 共态导通可以引起电源电压的瞬间下降造成高频电源污染, 大的电流可能会导致地线电位浮动;同时, 还要充分考虑系统的可靠性, 以避免发生故障。
2 单片微机闭环速度控制电路
笔者设计系统的闭环控制选用低端单片机89C2051, 与带PWM输出的80C552及80C198相比, 无需外扩EPROM, 且价格低得多。2051单片机片内有2 K的flash程序存储器, 15个I/O口, 两路16位的定时/计数器, 指令及中断系统与8031兼容, 给闭环速度控制带来很大的灵活性。闭环速度控制中传感器选用霍尔传感器, 小磁钢固定在被测转轴上, 每转一周输出一个脉冲信号。转速脉冲信号经施密特触发器U6-1、U6-2整形后, 输入到2051单片机的INTO中断口P3.2端口上。软件设置INTO为下降沿中断, 进入中断服务程序后开启定时/计数器O进行定时, 测出每转的周期, 再由软件计算出控制值X, 由P1端口输出PWM波占空比的控制数。软件中还可进行显示线速度或角速度的转换计算, 由八位驱码驱动器带动LED数码管进行显示。预置速度由按键S1、S2输入, 进行“+”、“-”控制, 预置数也由LED数码管显示。
2051单片微机的上电复位使用了MAX812电压监控器, 上电时约有200 ms的延迟, 以保证复位正常进行。为了防止掉电后预置数丢失, 使用备用电池保护2051单片机片内RAM数值。电源经变压整流后, 一路经DC-AC开关电源输出5 V直流电压给单片机系统供电, 一路经三端稳压元件7812稳压输出12 V电压供驱动大功率开关管使用。单片机系统电源与驱动电路部分电源隔离, 以提高系统工作的可靠性和安全性。
3 使用循环移位的算法
笔者采用PWM方法对直流电动机速度进行调控。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率, 从而改变负载两端的电压, 进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面, 如电机调速、温度控制、压力控制等。在PWM驱动控制的调整系统中, 按一个固定的频率来接通和断开电源, 并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小, 从而控制电动机的转速。因此, PWM又被称为“开关驱动装置”。产生PWM信号可以由定时器来完成, 但是由于51内部只提供了2个定时器, 因此如果要向3个或更多的直流电机输出不同占空比的信号就要反复设置定时器, 实现较为复杂, 我们采用一种比较简单的方法不仅可以实现对更多的直流电机提供不同的占空比输入信号, 而且只占用一个定时器资源。这种方法可以简单表述如下:
在内存的某段空间内存放各个直流电机所需的输入信号占空比信息, 如果占空比为1则保存0FFH (11111111B) ;占空比为0.5则保存0F0H (11110000B) 或任何2进制数中包括4个0和4个1。即:
占空比=1的个数/8
若要对此直流电机输出PWM信号, 只要每个时间片移位一次取出其中固定的一位 (可以用位寻址或进位标志C实现) 送到电机端口上即可。另外, 移位算法是一种对以前结果依赖的算法, 所以最好定期检查或重置被移位的数, 防止移错而导致一直错下去。这种算法的优点是独立进程, 可以实现对多个电机的控制, 缺点是占用资源较大, PWM频率较低。
参考文献
[1]林蔚天.微机控制PWM直流调速[J].上海电机技术高等专科学校学报, 2001, 12 (4)
3.试论电动车用直流电机的优化设计 篇三
【关键词】串励直流电机；电磁设计；有限元仿真；优化
1.方案设计
1.1性能待提升的电机的数据
样机的铭牌标示。
额定电压DC-48V；额定功率1kW；额定电流22A；额定转速3500r/min；绝缘等级E级；工作制 s2-30min；1.1.2性能测试根据铭牌标示，对该样机进行带载试验。由试验结果与电机铭牌标识对比可知：（ 1）电机在铭牌标识的额定电流22A时，轴输出功率为870W，不到1000W；如果加载到输出功率为1kW，则电枢电流上升为29A；（2）当给定额定电压及符合额定标定的电流22A 时，发现电机转速只能达到 2940r/min，如若继续加负载，则电机的转速会下降较快。由以上试验结果可知，该电机的实际性能指标与铭牌标示严重不符，因此在此样机的外形尺寸基础上，进行了全新的设计，以期达到提升性能和成本优化的目的。
1.2新电机的设计
1.2.1 设计条件
针对技术条件的要求，在保证电机与外部连接的接口尺寸均保持不變的基础上，运用计算程序，完成了新方案电磁设计。新设计电机铁心的轴向长度可以从90mm缩短至70mm，相比之前电机，体积重量随之可减少约23%；功率从标称1kW提升至1.1kW。
1.2.2 新方案的设计数据
新方案的设计数据如下：主极漏磁系数1.15；气隙磁密/T0.483；极弧系数0.63；机座磁密/T1.287；主极铁心磁密/T0.893；转子轭部磁密/T 1.483/0.988；转子齿部磁密/T1.342；额定电流/A24.5；电机效率/%74.8。
2.有限元仿真
我们利用场分析软件对电机进行了空载、负载状态下的仿真计算，得到了不同运行条件下磁场分布云图，与传统计算程序进行了比较。根据计算结果，两者在磁场参数计算和电路参数计算方面较为符合，验证了计算程序参数优化修正的正确性，取得了较好的效果。
2.1有限元的建模
根据电机的尺寸参数，建立1.1kW串励直流电机的模型，并对各种材料赋予电磁属性；针对气隙部分进行了精密的剖分，以期获得较为精确的结果。
2.2空载运行
在串励直流电机的实际运行中，由于担心电机的“飞速”，串励直流电机一般不允许空载运行。因此空载特性的试验一般无法实现，并且空载特性的计算在传统计算方法里都是假定空载磁通进行运算，而在Ansoft仿真中，可以直接赋予励磁绕组电流，模拟串励直流电机的真实空载磁场分布，此时可得到不考虑电枢反应磁场影响的空载磁场分布情况。
对励磁绕组赋予额定励磁电流，电机转速为3500r/min情况下可以得到磁力线分布图和磁场云图。中图中可看出，在不考虑电枢电流的电枢反应磁场影响时，空载磁路完全对称，绝大部分磁通从主极铁心经气隙、电枢，再经过另一极下的气隙和主极铁心，最后经定子磁轭闭合。只有极少部分不穿过气隙直接经主极间的空气和定子磁轭闭合，不参与机电能量转换，即为漏磁通。根据磁力线分布可以计算得到电机的漏磁系数约为1.053，由于此截面为二维场计算，未计及端部漏磁，故与实际漏磁系数相比应该偏小。从磁场云图可看出，电机内部各磁密分布较为正常：最大磁密位置在主极铁心、机座的结合处（两端的截面突变处），此处机座磁密最大值约为1.6356T，在极间的机座轭部磁密值平均约为1.3292T；以及主极铁心的极弧拐角处（截面突变处），此处最大磁密为1.6791T，在主极矩形铁心内部磁密平均约为1.0499 T；在整个电枢上齿部最大磁密在1.4678T，在1/3齿处磁密约为1.377 8；极弧范围内的轭部磁密最大在1.5745T，极间范围内的轭部磁密最大在1.0751T，转子轭部磁密值平均约为1.1540T。从空载圆周径向气隙磁密分布图中可看到气隙磁密最大值为0.52T，由于转子电枢开槽，磁密有数个凹坑，气隙磁密在靠近主极铁心处最大，远离铁心则渐小。
2.3额定运行仿真
电机运行在额定转速下，并输出额定功率，在此情况下，得到电机的运行电流及各部件磁密云图，从图中可看出绕组线圈由于存在旋转换向，导致线圈电流有较大脉动，并且电流随着电机旋转换向出现正负交替现象。电机的励磁电流值约为26A，由于是串励电机，励磁绕组电流随着线圈电流也会有脉动现象。由于电枢电流的电枢反应，磁力线路发生了扭曲，并且变为逆电枢转向发生扭曲。由于电枢反应磁场使气隙磁场发生了畸变，主极铁心下磁场前半部分被消弱，后半部分被增强。最大磁密位置在主极铁心极弧拐角处，此处主极铁心磁密最大值约为2.1T，考虑到主极铁心材料为1mm的薄钢板，此处已经发生深度饱和，而在主极矩形铁心内部磁密平均约为1.0501T；同时机座内磁场也发生部分增强和部分削弱的情况，机座轭部磁密最大值达到 1.955T，而极间的机座轭部磁密值平均约为1.35T；在整个电枢上，齿部最大磁密在可达到1.75T，在1/3齿处磁密约为1.4128T；极弧范围内的轭部磁密最大在1.8465T，极间范围内的轭部磁密最大在1.2867 T，转子轭部磁密值平均约为1.3540T。根据磁场分布云图可看到，电枢反应磁场使气隙磁场发生了畸变，导致负载时径向磁密曲线发生严重扭曲。
3.结语
（1）比照得到的计算结果，仿真的功率、转速、电流等结果和自行编制的计算程序结果基本接近，验证了计算方法的可靠性；但是在各部分磁路磁密值上还有较大差异，主要是因为常规计算负载时圆周径向气隙磁密分布程序得到的磁密值只是求取一些特定点和线的位置值，有部分求取的是平均值，而场分析软件得到的是整个电机各部分的磁密分布趋势，能精确描绘出磁路的走向，并表示出不同位置，不同运行时间点的磁路参数；同时，场分析软件对于电机所使用材料的特性曲线依赖性较强，对模型的网格划分等要求较高，这些因素对计算结果的准确性都有较大的影响，需要仔细分析。（2）计算程序需要用到的一些参数，如漏磁系数，极弧系数等，可以通过有限元仿真得到较为精确的结果，将仿真值代入计算程序后，可以得到更为准确的磁路计算结果，这些对后续的励磁绕组计算和空载特性计算有很好的校正作用。（3）根据客户要求，应用本程序完成一台串励直流电机性能优化任务，并用场分析软件进行仿真分析，校正处理一些计算中需要的参数，完成新的电磁方案设计。与之前的电机相比，在不降低性能指标的前提下，体积重量有明显降低。 [科]
【参考文献】
4.风力发电机设计 篇四
由于机械维修以及意外情况的发生需要对风轮机进行刹车，所我们在增速器高速轴侧加装一轮毂并在轮毂外安置刹车装置通过拉拽钢丝绳带动刹车带使风轮转速降低直至停止。刹车带的复位由弹簧套筒内的弹簧来保证停止刹车后刹车皮与轮毂不在接触。
滑环是在一绝缘圆筒外壁镶嵌三到四个圆环并相应放置电刷电刷的另一端连接发电机的输出电线电缆，在绝缘圆筒内引线一直通到地面的变电所。
6风力发电机在设计中的3个关键技术问题
6.1空气动力学问题
空气动力设计是风力机设计技术的基础，它主要涉及下列问题:一是风场湍流模型，早期风力机设计采用简化风场模型，对风力机疲劳载荷和极端载荷的确定具有重要意义;另一是动态气动模型。再一是新系列翼型。
6.2结构动力学问题
准确的结构动力学分析是风力机向更大、更柔和结构更优方向发展的关键。
6.3控制技术问题
风力机组的控制系统是一个综合性的控制系统。随着风力机组由恒速定浆距
5.电机设计讲稿第八章 篇五
结构设计和机械计算是电机设计的一个组成部分，它主要在电磁设计完成后进行，以解决机械部分的设计问题。
内容：电机的基本结构，结构设计的基本内容、原则和方法，电机主要零部件（机座、转轴、换向器及厚壁圆筒）的机械计算。
§8-1 电机的基本结构型式（自学）
一、总体结构的分类
（一）按通风冷却系统分类
空冷：自冷、自扇冷、他扇冷、管道通风、自由循环通风、封闭循环通风等； 氢、水等：封闭循环
（二）按防护型式分类
开启、防护、封闭、防爆、防水、水密、潜水、潜油等
（三）按安装结构型式分类
IM1～IM9
二、主要类型电机的典型结构简述
（一）感应电机
1、封闭式
2、防护式
3、箱型结构
（二）同步电机
1、凸极同步电机
（1）卧式凸极同步电机（2）立式凸极同步电机
2、隐极同步电机
（三）直流电机
§8-2 结构设计的基本内容、原则和方法
一、结构设计的基本内容和原则
1、结构设计的基本内容
① 确定电机的总体结构型式，包括防护型式、轴承型式和数目、轴伸型式、安装方式、通风系统等。
② 确定零部件的结构型式、材料、形状、尺寸、加工精度、形位公差、表面粗糙度和技术要求等。
③ 确定某些零部件之间的机械连接方式、配合种类等。④ 核算零部件的机械性能。
2、设计原则
① 应保证电机在规定期限内能安全可靠地运行；
② 所有结构型式一般应符合有关国家标准规定，如防护型式、轴承型式、中心高、外形尺寸、安装尺寸等；
③ 尽量使零部件符合“标准化、系列化、通用化”的要求； ④ 应具有良好的结构工艺性； ⑤ 应考虑电机装拆和维修方便； ⑥ 适当注意外形美观。
二、结构设计的方法
（一）交流电机的结构设计
1、确定总体结构
2、确定定转子的结构 ① 定子结构设计的内容和方法
定子铁心：确定轴向和周向固紧方式；
径向通风道元件的结构；
如采用扇形片时，确定扇形片划分、鸽尾槽数目、尺寸、布型； 大型还要确定铁心两端阶梯部分的具体结构；
定子绕组：应先计算和作图求得端部尺寸；
确定固定方式； 作出定子的分装草图。② 转子结构设计
转子铁心：如同步机确定磁极和磁轭的详细结构尺寸固紧方式；
如其它转子铁心，除具有轴向通风道时要确定相应的结构外，其它与定子铁心情况相似；
转轴： 设计转轴各档部分尺寸，加工精度，形位公差，表面光洁度；
核算转轴的机械强度。
转子铁心与转轴组合：套轴式、支架式。决定转子铁心和转国的径向尺寸的关系；
作出转子草图。③ 端盖结构和尺寸
主要根据通风系统、绕组对地绝缘距离轴承套结构及端盖的刚度与强度等方面的要求确定。④ 作出总装草图，同时布置风扇
校核各部件的相对位置，必要间隙是否适当，安装、外形尺寸是否符合要求；制造装配拆卸维修是否方便，进行必要的修改，逐步给出零件图，详细准确的总装配图，校核总装尺寸。
（二）直流电机的结构设计
6.直流稳压电源设计实验感想 篇六
王鹏：通过这次直流稳压电源设计实验，我感触很多。这大概是我第一次设计电路并焊接实物，确实有一定的挑战性。首先，我知道了理论与实际的关系，有时理论正确，但实际并非如此，影响它的外界因素很多，必须要考虑，如：接触不良问题，虚焊短路问题，实验元件问题等等，只要出现一个误差，就有很大的影响；其次，我明白了团队协作的重要性，一个人无论理论知识如何扎实，也不可能完成所有内容，一个人的思想毕竟是片面的，能力也是有限的，因此需要若干个人的协作，如：焊板子时，至少一个人固定元件，一个人焊接；最后，我认为科学是严谨的，无论出现什么样的结果我们都要严禁客观地记录，一定不能为了数据结果的正确性而有所改变真是数据。
我认为焊电路板这种活动我们还很不成熟，需多加练习，同时也希望学院实验室开放时间增长一些，满足我们的需要。
7.直流电机毕业论文设计 篇七
直流电动机驱动的控制方法可分为励磁控制法与电枢电压控制法两类。PWM软件控制是目前实现电枢电压控制的一种主流的控制方式。这种控制方式就是利用单片机编程产生一定周期、占空比不同的方波信号, 当占空比较大时, 电机的控制电压就高, 相应电机的转速就高, 否则电机的转速就低。利用这种方法控制的小功率直流电动机驱动能给我们提供良好的线性调速特性、简单而实用的控制性能、较高的效率、优异的动态特性以及低成本和便携性, 给各种设计和应用带来了极大的便利。本系统的设计是运用单片机控制软件实现PWM调速来控制小功率直流电动机, 并将控制电压用数字电压表进行显示。
2、系统硬件设计方案
系统的硬件部分有单片机主控部分、直流电机驱动部分、电压调节部分、PWM输出部分、A/D转换部分、显示部分。控制系统采用AT89C51单片机, A/D转换采用ADC0809, 驱动部分接在单片机的P3.7口, 由编程通过调整输出脉冲的占空比来调节输出的模拟电压, 显示部分用四位一体数码管。系统除能确保实现要求的功能外, 还可以方便地进行8路其他A/D转换的测量。系统框图和硬件电路原理图如图1和图2所示:
3、系统软件设计
主程序的主要功能是利用单片机的定时器/计数器, 以及中断功能将模拟电压转换成PWM方波输出。同时, 模数转换器ADC0808将模拟量转换成数字量, 单片机查表显示出相应的控制电压值。主程序的流程图3所示:
PWM输出子程序的主要功能是利用单片机的中断功能, 当计数器溢出的时候, 相应标志位打开中断, 然后在P3.7口输出PWM方波。先将标志位清零, 然后定时器初始化, 打开T1、T0中断, 通过赋值调整PWM输出的高电压和低电压的时间比, 也就是调整PWM方波的占空比。然后从P3.7口输出。流程图如4所示:
显示子程序的主要功能是将控制电压以数字电压表的形式显示出来。ADC0809将得到的模拟量转换成数字量, 以待单片机下一步的处理。单片机得到某个数字量的时候, 首先开始检验电压表的个位, 也就是检查单片机的P2.1引脚, 如果该引脚有效, 则表示个位有电压值输出;接着检查电压表的十分位, 也就是单片机的P2.2引脚, 如果该引脚有效, 则有电压值输出;然后检查百分位, 即单片机的P2.3引脚, 如果该引脚有效, 表示有电压输出。单片机通过查表显示相应的电压值。
4、结语
直流电机驱动控制是通过外接电路将占空比不同的脉冲转换成不同大小的控制电压, 使单片机产生相应的电压模拟量输出, 以驱动直流电动机转动从而得到不同的转速。调整脉冲信号的占空比是通过编程实现的, 当信号的占空比较大时, 转换成的电压较高, 电机转速也较高, 反之, 电压低, 电机转速也较低。控制电压通过数字电压表显示, 从而为更好地控制和利用电机提供了很大的方便。系统设计完成后, 我们对系统进行了仿真调试。仿真结果显示。当调节电阻调至不同的位置, 数字表显示不同的数字, 同时输出的PWM波的占空比也发生了明显的改变。
参考文献
[1]冼凯仪, 李先祥.基于PWM控制的直流电机控制系统的设计[J].佛山科学技术学院学报 (自然科学版) , 2000 (3) , 16-19.
[2]戴白刃.一种基于单片机的直流电动机的调速系统[J].常州信息职业技术学院学报, 2005年, 9 (3) , 27-29.
8.直流电机毕业论文设计 篇八
摘要：为提高伺服系统中无刷直流电机的控制效果，设计了以DSP为核心的无刷直流电机控制系统方案。本控制系统的主要优势在于利用数字信号处理器的高速实时运算处理功能，易于实现各种高效的控制算法，很好地解决了伺服系统中PWM信号的生成、电动机速度反馈和电流反馈等问题。并结合模糊控制算法进行了仿真研究，达到无刷直流电机的高精度伺服控制的目的。
关键词：无刷直流电机；DSP；PWM控制；Simulink仿真
在伺服传动系统中，无刷直流电动机(BLDCM)是一种新型的无级变速电动机，其结构简单可靠、维护方便、运行效率高及惯量小和控制精度高等优点，广泛应用于伺服控制精密数控机床、加工中心、机器人等领域[1]。随着BLDCM应用领域的推广，对系统的动静态性能、鲁棒性、控制精度等要求越来越高。
本文以三相四极无刷直流电动机为研究对象，结合PID控制和模糊控制各自的优势，设计了一套基于TI 公司的C2000系列TMS320F2812 DSP为核心的全数字永磁无刷直流电动机的闭环调速系统，以期满足BLDCM伺服控制系统的高精度、快速性、稳定性和鲁棒性的要求。
1总体方案设计
系统设计采用三相四极无刷直流电动机PWM控制方案，逆变桥的通电方式采用两两导通方式。该系统主要由三相四极无刷直流电动机、控制器、电子开关电路和位置检测器四部分组成[2]。其结构框图如图1所示。
功率驱动方式采用三相Y型全桥驱动电路，如图2所示。本系统实现的关键就是通过位置环、速度环和电流环三闭环结构最终实现位置的伺服控制。从闭环结构上看，位置环在最外面，是本系统的主环，电流调节环和速度调节环在里面，两者都是为位置环而服务，电流调节器和速度调节器采用PI调节器，位置调节器采用PID调节器，以TMS320F2812微控制器为控制核心，以功率MOSFET管构成逆变器。通过改变逆变器开关器件的PWM占空比来改变电机电枢端电压，以实现电机转速的调节[2-4]。
2硬件设计
图3给出了基于TMS320F2812 DSP的无刷直流电机控制系统硬件结构框图。
本系统主要由辅助电源、控制器及外围电路、电动机驱动电路、检测电路和系统保护电路等几部分组成。无刷直流电动机的调速原理为：TMS320F2812控制器通过捕获单元捕捉无刷直流电动机转子位置传感器HALL1、HALL2、HALL3高速脉冲信号，检测转子转动位置，并根据转子的位置发出相应的指令改变PWM信号的当前值，进而改变直流电机驱动电路(三相桥式逆变电路IGBT)中功率管的导通顺序，实现电机转速和转动方向的控制。
下面重点介绍系统中的转子位置检测电路、相电流检测电路、驱动电路、系统保护电路等。
2.1转子位置检测电路
本设计方案中，位置检测环节采用了3个位置间隔120°分布的霍尔传感器，由霍尔器件所输出的转子位置脉冲信号送到功率变换电路后，经处理后送入DSP的CAP单元，DSP通过读取霍尔元件的状态值，来确定转子的当前位置，再通过改变PWM的占空比改变MOSFET管的导通顺序，改变 IGBT 的导通顺序，实现电机的换相和电机转速的调节[5]。
霍尔位置传感器输出的信号先由阻容滤波电路处理，然后再经过六路施密特触发反相器SN74HC14N整形后送入DSP的CAP单元进行处理计算。由于霍尔位置传感器输出为5V电平信号，为了与DSP的3.3V电平相匹配，需要进行电平逻辑转换，在此通过施密特触发器输出端串联匹配电阻的方法来实现。三相霍尔位置检测电路如图4所示。
2.2相电流检测电路
在对电路中电流信号进行检测时，由于霍尔元件输出的电流较小，故采用在直流侧母线中串采样小电阻的方法，先将电流信号转化为电压信号，然后再经过放大隔离处理后送入模数转换器A/D。其中光耦隔离器件选择的是6N137。电流检测电路图如图5所示。
其中R22(0.05Ω/3W)为直流侧母线端的采样电阻，首先将电阻两端的压降信号经过阻容滤波电路滤波，然后经过运算放大器放大，以满足TMS320F2812中A/D转换单元的采样范围(0～3V) 的要求。电路中采用了单路高精度双极性运算放大器OP07。图中的二极管D6起稳压保护作用，确保AD0的输入电压在0～3V的范围内，另外，通过光藕合器6N137将干扰路径切断，减小噪声的干扰。
2.3驱动电路
驱动电路采用IR公司生产的高性能三相桥式逆变器驱动芯片IR2136，它只用一路驱动电源便可同时输出6路驱动信号，且IR2136拥有完善的保护功能，使整个电路更加简单可靠。
由于IR2136芯片本身没有逻辑信号与功率信号之间相互隔离功能，因此本设计中DSP产生的6路PWM脉冲信号经光耦隔离后才作为IR2136的6路脉冲输入，进而控制MOSFET管的导通和关断。通过输出端口HO1、HO2、HO3分别控制三相逆变桥电路的上桥臂T1、T3、T5的导通和关断，通过输出端口LO1、LO2、LO3分别控制三相逆变桥电路的下桥臂T4、T6、T2的导通和关断，从而实现控制电机转速的正反转。图6为由IR2136构成的驱动电路。
2.4系统保护电路
在无刷直流电动机控制系统中，保护电路可以保护控制器DSP免受过压、过流的影响，还可以保护电机的驱动电路免遭破环[6]。整个系统的保护电路由隔离电路和驱动保护两部分组成。
(1)隔离电路的设计
光耦隔离电路的作用是避免主回路中的强电信号对控制回路中的弱电信号造成干扰，实现不同电压之间的信号传输。如图7所示(以一路PWM信号为例)，该隔离电路可实现对DSP的6路PWM输出信号与IR2136之间光耦隔离，并实现驱动和电平转换功能。
(2)功率驱动保护电路的设计
功率驱动保护电路包括自保护电路和过电流过电压保护电路。为保证系统中功率转换电路和电机驱动电路安全可靠工作，DSP还提供PDPINTA输入信号，利用它可方便地实现系统的各种保护功能[6]。各路故障信号经过光耦隔离后送入到PDPINTA引脚，图8给出具体保护电路。例如：当有过压或过流现象时，IR2136的引脚FAULT会输出制动信号，拉低PDPINTA引脚输入电平，此时DSP 内部定时器停止计数，所有的PWM输出引脚全部置为高阻态，同时也产生一个中断信号，通知CPU有异常情况发生，这就是IR2136的硬件保护功能。
3系统与上位机的通讯
系统中用 SCI 接口完成与上位机的通讯功能，采用RS-232接口实现通信。通过上位机可以给定位置量，同时控制过程中电机的速度、电流、位置反馈量等参数，也可以实时地发送给上位机显示；SPI接口完成串行驱动数码管显示的功能。通过数字 I/O 扩展的键盘设定位置给定量，并由数码管显示。
4系统仿真
本文对速度环采用增量式PID控制和参数自整定模糊PID控制两种控制算法，利用北京雅合全公司生产的型号为45ZWN24-25的三相四极无刷直流电动机，对实验结果进行分析。图9、图10分别对应两种算法在电机启动时的转速响应曲线。
分析电机启动时转速启动曲线可知，两种控制算法都有一定的超调。增量式PID控制算法电机启动达到稳态的时间大约为2.8s，超调量为8.27%；而参数自整定模糊PID控制算法电机启动达到稳态的时间大约为2.2s，超调量为4.58%，可见，采用参数自整定模糊PID控制算法之后，有效地降低了超调量，缩短了电机启动的时间，提高了电机的控制精度。
5结束语
本文设计了以TMS320F2812为核心的数字直流伺服系统，很好地解决了高精度伺服控制系统中PWM信号的生成、电机速度反馈及电机电流反馈问题，并实现了保护功能，使系统硬件得到了极大地简化，提高了系统的可靠性。并结合参数自整定模糊PID控制算法实现了电机的高精度伺服控制，实验结果验证了该方法的有效性。
参考文献
[1]郭庆鼎，赵希梅.直流无刷电动机原理与技术应用[M].北京:中国电力出版社，2008:4-7.
[2]何小红.无位置传感器无刷直流电动机控制系统的设计[D].硕士学位论文.陕西:西安科技大学，2009.
[3] Mohan BM，Sinha A. Analytical structure and stability analysis of a fuzzy PID controller. Applied Soft Computing. 2008:749–58.
[4] 白浩.永磁无刷直流电动机控制系统的研究[D].硕士学位论文.天津:河北工业大学，2004.
[5]邓钧君，马瑞卿，王翔.基于软件锁相环的无刷直流电机高精度速度控制系统[J]. 测控技术，20106 :428-434.
[6]夏长亮.无刷直流电动机控制系统[M].北京:科学出版社，2009:31-44，182-203.
作者简介
刘恩涛(1986-)，男，中北大学硕士研究生，研究方向为直流电机伺服控制。