1、目錄1緒論11.1 直流無刷電動機發展狀況11.2直流無刷電機控制技術的發展12 直流無刷電動機的工作原理32.1 直流無刷電動機的結構與原理32.2三相繞組直流無刷電動機控制主回路的基本類型42.3直流無刷電動機控制系統中的PWM控制器53 直流無刷電動機控制系統的數學模型63. 1直流無刷電動機的基本方程83. 2直流無刷電動機控制系統的動態數學模型114 硬件電路134.1 主電路134.2換相電路155 軟件部分設計175. 1軟件總體構成175. 2主程序的設計175. 3中斷子程序的設計19結論21參考文獻22致謝231緒論1.1 直流無刷電動機發展狀況電動機作為機電能量轉換裝置，

2、其應用范圍已經遍及國民經濟的各個領域，電動機主要類型有同步電動機、異步電動機與直流電動機三種。直流電動機具有運行效率高和調速性能好等諸多優點，因此被廣泛應用于各種調速系統中。但傳統的直流電動機均采用機械電刷的方式進行換向，存在相對的機械摩擦，和由此帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等致命弱點。因此，早在1917年，Bulgier就提出了用整流管代替有刷直流電機的機械電刷，從而誕生了無刷直流電機(BLDCM: Brushless Direct Current Motor)的基本思想。1955年，美國DHarrison等人首次申請了用晶體管換向線路代替有刷直流電機機械電刷的專利，標志著無刷直流

3、電機的誕生。1978年，原聯邦德國MANNESMANN公司的Indramat分部在漢諾威貿易展覽會上正式推出其MAC永磁無刷直流電機及其驅動系統，標志著永磁無刷直流電機真正進入了實用階段。二十世紀80年代國際上對無刷電機開展了深入的研究，先后研制成方波和正弦波無刷直流電機，在10多年的時間里，無刷直流電機在國際上己得到較為充分的發展。現代電力電子器件工藝日臻成熟，出現了功率晶體管(GTR)、可關斷晶閘管(GTO)、功率場效應晶體管(MOSFET)，特別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT ), MOS可控晶閘管(IGCT)的開發成功，使無刷直流電機功率驅動電路的可靠性和穩定性得到保障。直流無刷電動機的

4、發展也使得傳統的電機學科同當代許多新技術的發展密切相關。隨著大功率半導體器件、電力電子技術、微電子技術、數字信號處理技術、現代控制理論的發展以及高性能永磁材料的不斷出現，如今的無刷直流電機系統己經成為集特種電動機、功率驅動器、檢測元件、控制軟件與硬件于一體的典型的機電一體化產品，體現了當今工程科學領域的許多最新成果。1.2直流無刷電機控制技術的發展常規控制器(PID控制)盡管控制精度較高，但它需要建立描述動態系統的精確的數學模型，對于未知動態變化的系統要建立精確的數學模型是比較困難的。比如干擾、參數漂移和噪聲等不可能在很高的精度下進行模型化。直流無刷電機是一個多變量、非線性、強耦合的對象，因此

5、利用模糊控制、神經網絡控制、自適應控制、專家系統等具有自學習、自適應、自組織功能的智能控制來進行無刷直流電機的控制是一種有效的手段，控制器的計算和存儲能力的不斷增強也為這些先進控制算法的實現提供了有利的條件。直流無刷電動機控制技術發展經歷了如下的發展過程：(1)無位置傳感器控制對于無刷電動機，由于它具有體積、重量輕、結構簡單、維護方便、運行可靠的優點所以備受歡迎。但是無刷電動機要實現旋轉，就要實時的檢測出轉子的位置實現正確換相。所以位置的檢測和換相技術的研究是直流無刷電動機控制目前的一個方面。最常用的方式是采用傳感器的方式。這種方式可以正確的檢測轉子位置信號，但是由于傳感器的安裝不僅會使電機的

6、體積增大，而且傳感器也難于安裝和維修。因此無傳感器的傳動控制引起國內外學術界很大的重視，成為近年的研究熱點。(2)變結構控制由無刷電機組成的控制系統，為了提高它的控制性能，人們也在使用一些新型的控制策略。變結構控制由于具有響應速度快、對控制對象參數變化及外部擾動不靈敏、物理實現簡單等優點，人們開始將直流無刷電機采用變結構控。(3)模糊控制和PID相結合的Fuzzy-PID控制在控制系統中，如何在較寬調速范圍內提高電流調節特性以及減小力矩波動一直是系統研究的焦點。模糊控制是近年來研究的熱點，它不依賴于被控對象的精確的數學模型，對系統的動態響應有較好的魯棒性；PID控制方法可以很好的消除系統的穩態

7、誤差，所以人們將兩者結合也用于直流無刷電機的控制系統，使系統同時兼有兩種方法的優點。采用Fuzzy-PID復合控制，系統具有Fuzzy和PID控制的雙重優點，響應快，速度無超調，調速范圍寬，可達1:10000，定位精度高，在不同的負載下具有較強的魯棒性。2 直流無刷電動機的工作原理2.1 直流無刷電動機的結構與原理直流無刷電動機的結構原理如圖2-1所示。圖 2-1直流無刷電動機的結構原理圖從圖2-1可見直流無刷電動機組件主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關線路三部分構成。其定子繞組一般制成多相，轉子由永磁材料制成。電動機本體在結構上與永磁同步電動機相似，但沒有籠型繞組和其它起動裝置。其定子繞

8、組一般制成多相(三相、四相、五相不等)，轉子由永久磁鋼按一定極對數(=2，4)組成。定子繞組分別與電子開關線路中相應的功率開關器件聯接。位置傳感器的跟蹤轉子與電動機轉軸相聯接。當電子繞組的某一相通電時，該電流與轉子磁極所產生的磁場相互作用而產生轉矩，驅動轉子旋轉，再由位置傳感器將轉子磁鋼位置信號變換成電信號，去控制電子開關線路，從而使定子各相繞組按一定次序導通，定子相電流隨轉子位置的變化而按一定的次序換相。因此平常所說的直流無刷電動機，就其基本結構而言，可以認為是一臺由電子開關線路、電動機本體及位置傳感器三部分組成的電動機系統。直流無刷電動機的組成原理框圖如圖2-2所示。電動機本體功率驅動邏輯

9、變換直流電源轉子位置傳感器圖 2-2 直流無刷電動機的組成原理框圖直流無刷電動機電子開關線路用來控制電動機定子上各相繞組通電的順序和時間，主要由功率邏輯開關單元和位置傳感器信號處理單元兩部分組成。功率邏輯開關單元是控制電路的核心，它的功能是將電源的功率以一定邏輯關系分配給直流無刷電動機定子上各相繞組，以便使直流無刷電動機產生持續不斷的轉矩，而各相繞組導通順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號，但位置傳感器產生的信號一般不能直接用來控制功率單元，常需要經過一定的邏輯處理后才能去控制功率單元。與有刷直流電動機區別的是：有刷直流電動機必須有一個滑動的接觸機構一電刷和換向器，通過它們把電流反饋給旋轉

10、著的電樞。綜上所述，構成直流無刷電動機的主要部件框圖如圖2-3所示。主定子直流無刷電動機電動機本體 主轉子功率邏輯開關電子開關線路位置信號處理傳感器定子傳感器轉子位置傳感器圖 2-3 直流無刷電動機的組成框圖2.2三相繞組直流無刷電動機控制主回路的基本類型直流無刷電動機的應用，己遍及各個技術領域其控制方法和運行方式也層出不窮，其他一切直流電動機的轉速控制方法均可以用來控制直流無刷電動機。前己指出，直流無刷電動機實際上是一個由電動機本體，功率管、主回路及轉子磁鋼位置傳感器等部分組成的閉環控制系統。為了討論方便起見把功率管主回路和轉子磁鋼位置傳感器合并在一起稱之為電子換相器，其主要功能是保證電動機

11、定子繞組準確換相，確保直流無刷電動機在運行過程中定轉子兩磁場始終保持基本垂直，以提高運行效率。因此根據功率管主回路的不同和換相控制器件的不同也就派生出了諸多典型控制電路。主要有以下幾種：分立元件全模擬電路；專用集成控制電路；數模混合控制電路；全數字控制電路。其中全模擬電路在無刷直流電動機中曾被廣泛應用，目前在許多經濟實用型的無刷直流電動機中仍占著主導的地位。但是，由于模擬電路不可避免的存在參數的漂移和不一致問題，以及線路復雜，調試不方便等因素，因而使電動機的可靠性和其它性能受到影響。至于什么情況下選用什么樣的控制電路則應根據對電路的精度要求與實際條件確定。2.3直流無刷電動機控制系統中的PWM

12、控制器晶閘管變流器構成的直流調速由于其線路簡單控制靈活、體積小、效率高以及無旋轉噪聲和無磨損等優點，在一般工業應用中，特別是大功率系統中一直占據著主要的地位。但是當系統運行在較低速時，晶閘管的導電角很小，系統的功率因數相應也很小，并產生較大的諧波電流，使轉矩脈動大，限制了調速范圍。要克服上述問題必須加大平波電抗器的電感量，但電感大又限制了系統的快速性，此外，功率因數低，諧波電流大，還將引起電網電壓波形畸變，變流器設備容量大，還將造成所謂的“電力公害”，在這種情況下必須增設無功補償和諧波濾波裝置。隨著電力電子技術的發展，出現了可控關斷的即自關斷電力電子器件，即全控式器件。如大功率晶體管(GTR)

13、、電力場效應晶體管(power MOSFET)、可關斷晶閘管(GTO)、MOS控制晶閘管(MCT) 、絕緣柵門極控制晶體管(IGBT)等自關斷器件，采用全控型開關器件很容易實現脈沖寬度調制，與半控型開關器件晶閘管變流器相比，體積可縮小百分之三十以上，裝置效率高，功率因數高。同時由于開關頻率的提高，直流脈沖寬度調制(PWM-EM)調速控制系統與VM調速控制系統相比，電流容易連續，諧波少，電機損耗和發熱都較小，低速性能好，穩精度高，系統通頻帶寬，快速響應性能好，動態抗擾能力強。直流無刷電動機是以電子換向線路和轉子位置檢測器代替傳統直流電動機的機械換向裝置而組成的新型電機。下面結合直流無刷電動機和P

14、WM控制技術的特點來分析直流無刷電動機中的PWM控制系統。脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation）簡稱PWM，它是通過功率管開關作用將恒定直流電壓轉換成頻率一定，寬度可調的方波脈沖電壓，通過調節脈沖電壓的寬度，改變輸出電壓的平均值的一種功率變換技術。由脈沖寬度調制變換器向電動機供電的系統稱為脈沖寬度調制調速控制系統，簡稱PWM調速系統。由于PWM 控制器的主電路元件工作在開關狀態，因此控制器的損耗小，效率高。直流無刷電動機PMW控制器可分成兩大部分：控制電路和逆變主電路。PWM控制系統的控制電路由脈寬調制器、邏輯延時環節、脈沖分配和功率管驅動電路、保護電路等基本電路組成。P

15、MW 控制系統的主電路采用脈寬調制式變換器，簡稱PMW變換器。PMW變換器分為不可逆和可逆兩類。不可逆PWM變換器僅在一、二兩個象限中運行，可逆PMW變換器則可在四個象限中運行，工作于正轉電動、正轉制動、反轉電動和反轉制動四種狀態，因而，伺服系統中多采用可逆PMW變換器。可逆PMW變換器常用H型橋式變換器結構型式，它在控制上分為雙極式、單極式和受限單極式三種。3 直流無刷電動機控制系統的數學模型以三相Y形聯結的直流無刷電動機為例，來分析直流無刷電動機的數學模型。首先來研究直流無刷電動機的等效直流電機模型。直流無刷電動機是由一組變流器，一臺同步電機和一個轉子位置檢測器所組成，而這個變流器和一般變

16、流器不同，它受控于轉子位置檢測器，是一個所謂自控式逆變器。它有三個固定的轉子位置檢測元件A、B、C。這些位置檢測元件受裝在轉子軸上的一個位置檢測裝置控制，當某一檢測元件被激勵時，該元件就會產生信號去觸發相應的開關管：使電流在相應的時刻輸入到對應的電機電樞繞組中去。由于位置檢測裝置是和磁極一起旋轉的，它們之間的相對位置是固定的。所以當開始激勵某一位置檢測元件(例如元件A)時，磁極的軸線和相對應的繞組(a相繞組)的軸線之間必然相差一個特定的角度。這時由位置檢測元件A所產生的信號觸發相應的開關管，使電流輸入到a相繞組，這個電流相對于電機空載內電勢的相位也是固定的。同樣當開始激勵檢測元件B、C時，磁極

17、的軸線與b、c相繞組的軸線也相差同樣的一個特定的角度，輸入到b相繞組的電流與內電勢之間也保持著同樣的相位差。這樣，轉子位置檢測器決定著電樞電流的相位，以及電樞磁勢在空間的分布。改變位置檢測元件的相對位置，可以改變位置檢測元件產生信號的先后，也就是改變開關管觸發的相位，從而改變電樞繞組中電流對電勢的相位差和電樞反應磁勢對磁極的相對位置。直流無刷電動機的電樞電流是受轉子位置檢測器控制的。每當轉子轉過一對磁極，電機中的電流，也就是逆變器的輸出將相應的變化一個周期。這種輸出頻率受電機本身轉速控制的逆變器就叫做自控式逆變器，所以直流無刷電動機又被稱為自控式同步電機。直流電機電樞繞組中感應的電勢和實際通過

18、的電流其實是交變的。從電樞繞組和定子磁場之間的相互作用來看，它實際上就是一臺同步電機，這個同步電機和直流電源之間是通過換向器和電刷把它們聯系起來的。在電動機的情況下，換向器就起著逆變器的作用，它把電源的直流電逆變成交流電送入電樞繞組。直流電機中的電刷不僅起著引導電流的作用，而且由于電樞導體在經過電刷所在位置時，其中的電流要改變方向，所以電刷的位置決定著電機中電流換向的位置。這就是說，直流電機的電刷起著電樞電流換向位置的檢測作用，它和位置檢測器一樣，決定著電樞磁勢的分布，見圖3-l。圖3-1 電刷的位置檢測作用在分析了直流電機中電樞、換向器和電刷的作用以后，把它和直流無刷電動機相比，其實直流無刷

19、電動機和直流電機一樣。只是普通直流電機中加的是一個機械的逆變器換向器，而直流無刷電動機是用開關管組成的半導體逆變器。直流電機中用以控制換向發生地點的電刷，在直流無刷電動機中是用位置檢測器來代替的，盡管二者構造不同，但它們所起的作用卻是完全相同的。目前常用的直流無刷電動機一般由三相永磁同步電機加一套逆變器組成。這相當于一臺有三個線圈，三個換向片的直流電機，所以直流無刷電動機的等效直流電機模型可如圖32所示。圖3-2直流無刷電動機的直流電機模型3. 1直流無刷電動機的基本方程假設磁路不飽和，不計渦流和磁滯損耗，三相繞組完全對稱，則三相繞組的電壓平衡方程式可表示為： (31)式中： 定子繞組相電壓(

20、V) 定子繞組相電流(A) 定子繞組相電動勢(V)P微分算子L每相繞組的自感(H)M每兩相繞組間的互感(H)由于轉子磁阻不隨轉子的位置變化而變化，因此，定子繞組的自感和互感為常數。當三相繞組為Y連接，并且沒有中線時，則有： +=0 (32)M+M=M (33)將式(32)和式(33)代入式(31)，得到電壓方程式為： (34)電磁轉矩為： (35)式中： 電動機的角速度(rad/s)在通電期間，直流無刷電動機的帶電導體處于相同的磁場下，各相繞組的感應電動勢為： (36)式中： -極對數 N-總導體數 -主磁通 n-電動機轉速從變頻器的直流端看，Y型聯結的直流無刷電動機感應電動勢E。由兩相繞組經

21、逆變器串聯組成，所以有=2 (37)因此，電磁轉矩表達式可化為： (38)式中： 方波電流的幅值 電機的角速度由式(38)可以看出，直流無刷方波電機的電磁轉矩表達式與普通直流電機相同，其電磁轉矩大小與磁通和電流的幅值成正比，所以控制逆變器輸出方波電流的幅值即可控制直流無刷方波電機的轉矩。另外電動機轉子的運動方程為： (39)進一步化簡可得： (310)式中： 負載轉矩 J轉子與負載的轉動慣量 B粘滯阻尼系數由于本系統采用120導通電壓型三相逆變器，任一時刻只有兩相通電，直流無刷方波電機的輸出相電壓幅值為下動態電壓平衡方程式： (311)式中： 電源電壓忽略粘性摩擦，電動機的轉矩平衡方程式為：

22、(312)定義下列時間常數： 電磁時間常數由式(3-12)可得： (313)對式(3-11)和式(3-13)兩邊分別進行拉式變換后得： (314) (315)聯合式(314)和式(315)，并考慮到，得到直流無刷方波電機的動態結構圖，如圖3-3所示。UIdIdEn圖3-3直流無刷電動機動態結構圖3. 2直流無刷電動機控制系統的動態數學模型本文所用的電動機為直流無刷電動機，其主要技術參數為：磁極數：12 工作電壓(V)：46相數：3 連堵力矩(Nm)： 2.40電機兩端電阻()：1.81 電機兩端電感(mH)：5.1連堵力矩時的電流(A)： 5.42 峰值力矩時的電流(A)：25.3電勢常數(V

23、/rpm)：0.0484 轉矩常數(Nm/A)：0.462空載轉速(rpm)：900 機電時間常數(S)：0.13 將代入，直流無刷電動機的動態數學模型，則直流無刷電動機的動態結構圖如圖34所示。20.66En圖3-4直流無刷電動機動態結構圖PWM控制器的傳遞函數為： （316）其中： （317）由于PWM的開關頻率為f=20K，因此 （318）所以： （319）本系統速度檢測可認為是比例環節，從負載軸檢測，其比例系數為： （320）本系統電流檢測也可認為是比例環節，其比例系數為： （321）PI調節器的輸入電路為兩個T型濾波器，作為給定信號與反饋信號濾波。 （322）其中：可取以上介紹了無刷

24、直流電動機的基本方程，且建立了無刷直流電動機的數學模型，并分析了無刷直流電動機的運行特性，進而推出了無刷直流電動機傳遞函數，以及PWM控制器和PI調節器參數。4 硬件電路第2章我們介紹了無刷直流電動機的結構與原理,根據無刷直流電動機的原理設計了直流無刷電動機控制系統，其原理框圖如圖4-1所示。整流濾波電路控制電路供電電路控制電路驅動電路三相逆變電路BLDCM電流檢測電路轉子位置檢測電路調節及顯示圖 4-1系統控制框圖4.1 主電路主電路開關器件的選擇，其主要依據是所要設計系統的功率等級，一般來說，開關期間的額定耐壓值應不小于2倍的直流側最大電壓，主開關器件的額定工作電流應不小于23倍電路的額定

25、工作電流。我們實驗中所設計的額定直流電壓為50V，其額定電流不超過15A，所以是小功率樣機，在實驗中我所選取的開關器件為IGBT，其型號為BSM100GB120DNZ，額定耐壓為1200V，其集電極最大電流為150A，足以滿足實驗的要求。 圖4-2電流型逆變電路圖4-3 EXB系列驅動器的典型應用線路首先，1415引腳為觸發脈沖輸入，由于內部有光電隔離，所以，它具有很好的隔離功能。如果在14，15腳之間輸入10mA 的電流，則光耦打開，這樣就能夠產生觸發信號。除了隔離和觸發功能以外，EXB841內部集成了過電流保護功能，對應的引腳是4，5，6。6腳一般接于IGBT 的集電極，當發生過流時，集電

26、極為高，則5腳變成低，可以以此信號經隔離，作為過電流信號。但是，對于過電流時間小于10的情況，EXB841采取了慢關斷，可以避免關斷時產生過電壓尖峰，使IGBT擊穿。EXB841 的輸出是采用推挽輸出的形式，這樣可以增加驅動功率，使IGBT可靠導通，并且內部電路具有負電壓關斷的功能，使IGBT可靠關斷。本文所采用的驅動電路原理圖如圖43所示。在設計EXB814電源的時候，最好是每個EXB814對應一個電源，這樣，可以消除因電源之間的耦合對觸發可靠性的影響。但在本設計中，采用了4個電源，每個橋臂上面的開關管都有自己的電源，而每個橋臂下面的開關管共用一個電源，這樣做也是可行的，因為在實際的電路中，

27、每個橋臂下面的開關管本來就是共地的。由于EXB841的工作電源是20V，所以，在設計電源的時候，我們首先利用變壓器將220V交流電降壓，然后經過二極管整流，最后用集成穩壓電源MC7820，得到了20V直流電。另外，在EXB841電路中，我們需要注意的是IGBT的觸發線一定要用雙絞線的形式，而且，線不能太長。利用EXB814作為驅動模塊時，應注意需另外設置過電流保護電路，EXB841的保護功能只能作為輔助保護，主保護還需對其電流進行采樣，然后利用比較電路來產生過電流信號，因為短路或者過電流時，一般都需要盡快的通知控制器，能夠使控制器盡可能快的采取相應的操作，雖然EXB841具有短路保護功能，但是

28、動作時間不確定，其可靠性有待提高。4.2換相電路換相電路主要由電動機換相專用芯片LM612來實現。無刷電動機與一般直流電動機的區別是無換向電刷，所以需要單片機控制電子開關線路的通斷去控制電動機的換相。電動機的轉向由LM621的引腳2來控制，位置傳感器采樣回來的霍爾信號接在6，7引腳上，17腳的PWM_EN端接在電流測量電路的與門的輸入端。如果要用單片機控制換向操作使電機轉下去，這時，單片機大部分時間花在換相工作中，同時還要監視用戶界面，控制調速和轉向操作，因此負擔較重。如果使用專用集成電路則可以大大減輕單片機工作，騰出時間進行通訊，檢測，故障診斷等其他工作。用于無刷直流電動機的專用芯片有很多種

29、，它們大多是針對有霍爾式位置傳感器的三相無刷直流電動機而設計的。它們大多具有換向功能，PWM調速功能，轉向控制功能，制動控制功能，電動機相數和工作方式選擇功能，保護功能(如限流保護，欠壓保護，過熱保護等)。有些芯片還集成了驅動電路，可以方便地驅動小功率無刷直流電動機。本課題采用的是專用集成電路LM621，下面介紹一下它的工作原理。LM261專用集成電路芯片專用與三相或四相無刷直流電動機的控制。三相無刷直流電動機可以選擇全橋或半橋驅動，角形或星形聯結方式；四相無刷直流電動機采用半橋驅動。它的輸出端提供35mA基極電流，可以直接驅動雙極型功率晶體管；要求電動機使用霍爾式位置傳感器；可以直接與外部P

30、WM信號接口，實現調速功能；有轉向控制功能：有死區調節功能，有過流保護功能和欠壓保護功能。LM261芯片采用雙列直插式封裝，有18個引腳。欠壓封鎖電路用于對Vcc1進行監視，如果電壓過低則立即關閉輸出。典型動作電壓為+3.6V。通過引腳17，外部也能控制輸出封鎖。死區的作用是避免上，下橋臂開關管出現直通現象。這種直通現象出現在開關管“開”與“關”的延時過程中，以及突然改變轉向的過程中。通過引腳4與外接RC振蕩電路，為死區時間發生器提供振蕩時鐘，因此，死區的時間應該是振蕩周期的兩倍。振蕩周期可由下式計算。 (41) 可根據實際需要確定死區時，從而計算所需要的R值和C值。圖 4-4 LM621接線

31、圖由圖可看出死區時間發生器輸出一個死區信號OE，它通過換相譯碼電路實現死區功能。來自引腳2的正反轉控制信號也通過死區時間發生器，并產生一個延時后的轉向信號DIR輸出，來保證轉向的狀態變化是在死區時間內進行的。換相譯碼電路將來自霍爾傳感器的信號和引腳8的信號轉化成控制開關管的換向信號。LM612通過外接IGBT組成全橋驅動電路。引腳8接高電平，表示采用30間距角，二二導通方式的換向邏輯進行驅動。引腳3也接高電平，表示使用死區功能，死區時間設計為4.8。電路設有過流保護功能，當電流在電阻R上的壓降等于給定電壓時，比較器輸出低電平，使與非門輸出高電平LM621封鎖輸出，起到保護作用。單片機74HC2

32、73通過與非門和LM612 對電動機進行調速控制。通過單片74HC273來控制電動機的轉向。由于大部分控制工作交給了LM621 完成，單片機只在調速和改變轉向時才進行干預，所以單片機有充裕的時間做其他工作。5 軟件部分設計第4章我們己經完成了對系統的硬件設計，這些硬件電路要靠軟件系統的協調才能正常的工作。在一個控制系統中，承擔執行任務的都是硬件電路，而給硬件電路發送執行命令的應該是軟件系統，軟件系統告訴了硬件電路該怎么樣執行，什么時候執行，執行到什么程度。這一章我們對軟件系統做總體的介紹。5. 1軟件總體構成本無刷直流電動機控制系統軟件主要完成以下功能：(1)電機轉向的判斷。電機具有正轉及反轉

33、兩種旋轉方向，根據S1的按鍵值不同決定電機的運行方向(2)測量電機的實際轉速(3)進行轉速調節。使電機實際轉速能夠跟隨給定值變化，并且能夠穩定行；(4)檢測電機是否過流。當系統出現過流時能夠及時進行處理，關斷開關管，停止電機運行，保護電機的安全；5. 2主程序的設計一般軟件系統中只有一個主程序，主程序貫穿整個系統執行過程，它就象是一個平臺，起著組織和調度的作用，另外，它應該完成系統運行初期的初始化操作，而且在系統復位以后，應該從主程序開始執行，我們所設計的主程序塊是以系統工作的路線為執行路徑，它包括初始化，讀取給定，顯示給定，起動，運行幾個大的模塊，我們可以看出，主程序只完成了系統的初始化操作

34、，除此之外，它只是把我們程序的模塊組合在一起，使各個模塊成為一個有機的整體。主程序的流程圖如圖5-1所示。開始系統參數初始化有鍵按下顯示刷新？顯示程序系統狀態標示執行鍵值對應程序有無是否圖5-1主程序流程圖在主程序中主要完成的內容有軟件參數初始化，電機起制動判斷，電機起制動控制，電機正反轉判斷，速度顯示等。(1)系統參數初始化。主要是設定一些變量值，口位，和對定時器/計數器工作模式等進行設定。(2)電機起動制動控制。判斷S1鍵值，若為起動狀態，則系統進入工作狀態，電機開始運行；當S1剛開始沒有變化時，則繼續等待，直到檢測到S1的鍵值為起動狀態；若電機正常轉動過程中檢測到S1的鍵值為制動狀態，則

35、LM621芯片發出控制信號，使電動機停止轉動。(3)電機的正轉反轉控制，電機正轉反轉選擇是由S2鍵值的選擇來控制的。通過鍵盤掃描程序，我們確定S2的鍵值，由電機換向專用芯片LM621發出相應的控制信號來控制無刷電動機的換向。(4)電機的速度顯示，當掃描到S3的鍵值變化時，LED數碼管將顯示當時測量出來的電機的轉速。另外，由于單片機不可避免的會出現死機情況，一旦死機，如果沒有很好的恢復措施，將造成嚴重的后果，例如橋臂直通，導致了電路短路，有可能會燒壞開關管。看門狗技術的引入，使系統在死機后自動重起，所以，我們只要實時的存儲系統的狀態信息，當看門狗動作后，我們直接調入上一次存儲的系統狀態，就能使系統在重起后繼續按照死機之前的狀態執行，這實際上是軟硬件結合的看門狗技術。5. 3中斷子程序的設計中斷子程序主要是完成某項特定的功能，在本系統中，