如何使用AVR单片机的直流无刷电机智能控制系统设计

　　分析目前直流无刷电机控制器的现状，设计了一种直流无刷电机通用的控制系统，通过开关选择有位置传感器或者无位置传感器控制模式，实现了相同额定电压额定功率的直流无刷电机控制器的通用，并可通过RS - 232与PC机通信方便上位机对电机运行状况进行监控，并通过24 V， 220 V两种额定功率的电机的实际运行，验证了系统的可行性。

　　直流无刷电机，即有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等特点，又有直流电机运行效率高、调剂性能好等特性，而且由于不受机械换向的限制，易于做到大容量、高转速，在汽车、机器人、办公自动化以及工业现场都有广泛的应用前景。针对永磁直流无刷电机的控制大致有以下3种方式：采用专用集成电路控制芯片、基于单片机、利用高性能的数字信号处理器（DSP） 。利用专业集成电路控制芯片（如MC33035）组建的控制系统简单、成本低廉，但是由于集成电路控制芯片在硬件上完成了从位置检测、译码到PWM调制输出的所有工作，系统功能不能进一步扩展，限制了专用集成电路控制芯片在一些场合的应用。DSP内部结构使控制系统能够实现复杂的控制算法，可以将速度环和电流环都以数字方式实现，形成全数字控制，但DSP价格较高而且其外围电路等的设计较复杂，成本较高，不适合批量生产。使用单片机设计简单，价格低廉，又有相当的控制功能和处理速度可以满足通常状况下的控制要求，是设计直流无刷电机控制系统的首选。

　　直流无刷电机与有刷直流电机相比，用电子换向替代了机械换向装置，在内部结构上有了显著的变化，二者在运行特性和控制方法上也有很大的差别。文中所使用的控制对象为三相星型直流无刷电机。

　　直流无刷电机系统的工作原理如图1所示，它采用两两导通的控制方式，反电动势和电流波形如图2所示。因为反电动势为120°的梯形波，直流电动机电枢磁势轴线与励磁磁势轴线为60°到120°电角度时，产生的电磁转矩最大。因此为保持电机输出最大的电磁转矩，无刷直流电动机必须保持每60°就换向一次。即转子每转过60°电角度时，逆变器开关管之间就进行一次换流，定子磁状态就改变一次。可见，电机定子有6个磁链状态，其中每一个状态都是两相绕组导通，每相绕组中流过电流的世界相当于转子旋转120°电角度，每个开关管的导通