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基于STM32的模糊自适应无刷直流电机控制系统设计

内容摘要

较之传统直流电机而言，无刷直流电机因为寿命长、易于维护、结构简单、可靠性高等优点，当前已被广泛的运用于各行各业的生产生活活动当中。

为提高无刷直流电机控制系统的鲁棒性、抗干扰能力和精密性，本文将模糊控制算法和PID控制有机的结合到了一起，设计了基于STM32的模糊自适应的无刷直流电机控制系统。该系统主要选用了IR2136S驱动芯片与STM32F103RBT6主控芯片，设计的硬件电路主要包括：电源电路、逆变电路、采样电路以及功率驱动电路等。在此基础上，完成了主程序、中断子程序以及PID调节程序的设计。本次设计的无刷直流电机控制系统，具有较为突出的有效性和优越性，值得现实推广和应用。

关键词：无刷直流电机；STM32；模糊自适应

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

1绪论 3

1.1课题的背景及意义 3

1.2国内外发展现状 4

1.2.1国外无刷直流电机发展现状 4

1.2.2我国无刷直流电机发展现状 5

1.3本文的主要内容 6

2系统控制方案总体设计 6

2.1设计要求 6

2.2控制系统总体设计 7

2.3基于模糊自适应的无刷直流电机的控制算法研究 8

3控制系统硬件设计 11

3.1控制器件的选择 11

3.2各部分硬件电路设计 12

3.2.1单片机或者DSP最小系统设计 12

3.2.2驱动电路的设计 15

3.2.3检测电路设计 16

3.2.4霍尔传感器接口电路设计 18

4控制系统软件设计 18

4.1系统控制总体流程图 18

4.2各模块的软件设计 19

5结论 20

参考文献 21

1绪论

1.1课题的背景及意义

在现代工业生产活动中，电动机得到了大量、广泛的应用，为人类社会的发展和进步做出了巨大的贡献。自诞生以来，电动机的生产制造技术始终保持着高速发展的态势，由此也产生出面向不同领域和应用的电机类型，如开关磁阻电机、直流电机、永磁同步电机、异步电机等[1]。其中，直流电机由于有着启动转矩大、调速性能优异等特点，逐渐受到了业界的欢迎和认可，被大量应用于轧钢机、电力机车等对运行平稳性和调速可靠性要求较高的场景。历经100多年的发展，直流电机的技术已逐渐成熟和完善，在结构设计以及控制水平等方面都取得了长足的进步，未来将应用于更多的领域和场景，更好的服务于人类的生产生活活动。

但需要指出的是，传统直流电机的换相主要通过机械方式完成，加之碳刷滑环的影响，导致其在运行过程中，必然会产生机械摩擦现象，存在电火花、可靠性不高、容量较低、运行噪声偏大等问题和不足[2]。另外，机械换相也显著的增加了电动机的生产维护成本，从而限制了直流电机的进一步推广和应用。1955年，美国人Rey和D.Harrison[3]不再继续沿用机械换相结构，而是独辟蹊径的研发了晶体管换相电路，为无刷直流电机的出现奠定了基础。20世纪60年代后，在经济技术快速发展的大环境下，P.H.Trickly[4]首次研发出了固态直流换相电机（DCMachinewithSolidStateCommutation），并成功申请了专利，标志着具有现实应用价值的无刷直流电机真正的出现。由于不再采取滑环、碳刷等机械结构，无刷直流电机不仅具有传统直流电机的优势，而且还在可低速大功率运行的同时，有效的降低了电机的重量和体积。1990年后，随着控制理论的完善和成熟，以及半导体生产制造技术的进步，以CPLD、FPGA、DSP和STM32为代表的微处理器应用于电机主控芯片之后，明显的提升了直流电机控制器硬件配置水平，使得无刷直流电机能够应用于更多的工业生产活动当中。

现阶段，尽管科学技术水平不断发展和进步，然而无刷直流电机的控制性能水平还是存在着较大的发展空间，以便应用于更为广泛的生产场景当中。

所以，就基于主控微处理器的无刷直流电机控制系统而言，研究怎样增强无刷直流电机控制系统的控制性能水平就具有重要的理论研究意义和现实应用价值。为此，必须要在提高无刷直流电机控制系统硬件设计水平的同时，尽可能的采用更为先进、智能化的控制算法[5]。在这样的大背景下，本文开展基于模糊自适应的无刷直流电机控制系统的研究，旨在提升无刷直流电机控制系统的性能水平、稳定性以及可靠性水平。

1.2国内外发展现状

1.2.1国外模糊自适应无刷直流电机控制系统的发展现状

欧美国家的学者对于无刷直流电机开展了多维度、广深度的研究，研究成果非常丰富，具有较为突出的现实应用价