基于反电动势法的航模电调的设计

摘要本文首先介绍了目前常见的无刷直流电机的基本组成和工作原理，接着比较了有位置传感器和无位置传感器控制两者之间的区别，并阐述了各自的优缺点，随后给出了无位置传感器众多的控制方法，重点分析了反电动势的检测方法，之后介绍了换相策略、PWM调制方式以及闭环启动控制原理。最终确定选择ATMEGA8单片机为核心，自主设计了控制系统的硬件电路，重点包括反电动势的过零检测电路、电压电流信号检测电路、逆变电路。结合了无刷直流电机驱动的要求和MEGA8芯片特点，抛弃了传统的使用6个N沟道控制的逆变电路，而是使用3对P和N沟道的MOSFET控制的全桥逆变电路。考虑到芯片必须安全工作，在设计中加入了过压和过流保护电路。本设计中，最为关键的就是要知道转子的准确位置，才能准确的换相。我们采取了一只种十分巧妙的方法，即对虚拟中性点进行过零检测，从而得到反电势的过零点，最终完成对无位置传感器的无刷直流电机的控制。关键词无刷直流电动机反电动势法过零检测ABSTRACTTHISPAPERDESCRIBESTHECURRENTSTRUCTUREANDOPERATINGPRINCIPLEOFTHEBRUSHLESSMOTOR,ANDTHENCOMPARESTHEDIFFERENCESBETWEENOPERATIONSWITHAPOSITIONSENSORCONTROLANDWITHOUTAPOSITIONSENSORCONTROLTHISRESEARCHSHOWSTHENUMEROUSCONTROLLINGMETHODSOFSENSORLESSITFOCUSESONTHEBACKEMFDETECTIONMETHOD,THENITINTRODUCESTHECOMMUTATIONSTRATEGY,PWMMODULATIONANDCLOSEDLOOPCONTROLPRINCIPLETOSTARTEVENTUALLYITCHOOSESATMEGA8MICROCONTROLLERASACOREELEMENTTOSELFDESIGNCONTROLSYSTEMHARDWARECIRCUIT,HIGHLIGHTINGZEROCROSSINGDETECTIONCIRCUIT,VOLTAGEANDCURRENTSIGNALDETECTIONCIRCUITANDDRIVERCIRCUITITCOMBINESBRUSHLESSMOTORDRIVEREQUIREMENTSANDMEGA8CHIPFEATURES,USESFULLBRIDGEINVERTERCIRCUIT3PANDNCHANNELMOSFETCONTROLRATHERTHANTHETRADITIONALUSEOFSIXNCHANNELCONTROLOFTHEINVERTERCIRCUITTOMAKESURETHECHIPCANBEOPERATEDSAFELY,OVERVOLTAGEANDOVERCURRENTPROTECTIONCIRCUITAREDESIGNEDINTHISDESIGN,THEDETECTIONOFTHEROTORPOSITIONISAKEYPARTOFTHEOVERALLCONTROLSYSTEM,COMPLETINGTHEBACKEMFZEROCROSSINGTESTBYTAKINGAVIRTUALNEUTRALPOINTZEROCROSSINGTESTFINALLYTHECONTROLOFTHEPOSITIONSENSORLESSBRUSHLESSDCMOTORISDONEKEYWORDBRUSHLESSDCMOTORBACKEMFZEROCROSSINGDETECTION目录摘要IABSTRACTII1绪论111无刷直流电机发展现状112无刷直流电机研究意义113无刷直流电动机的控制方法114本设计的研究内容22系统整体设计方案421无刷直流电机的结构422无刷直流电机工作原理523研究方法和技术路线624反电势法的基本原理625逆变电路926换相和调速103硬件电路设计1231硬件原理框图1232硬件设计124系统软件设计1741无刷电机启动策略1742调速信号检测1843换相控制程序1844过零事件检测与电机换相程序195总结23附录23致谢24参考文献26江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计1绪论11无刷直流电机发展现状早在上世纪30年代，人们就开始探索是否可以用电子换向器来代替电刷机械式换向的直流电动机，从而减少碳刷带来的磨损。1955年，美国学者HARRISONDB和RYENY借助晶体管替代电机机械电刷使无刷直流电机能够准确的换相，而这标志着现代无刷直流电机慢慢开始发展起来了，但因为电机尚无启动转矩不能产品化。1962年，有关人员通过霍尔元件的帮助成功对无刷直流电机进行换相，从而使无刷直流电机走出了实验室，走到了我们的日常生活中。近十年来，无刷直流电机随着电机技术及相关学科的发展，在我国有了迅速的发展和更加广泛的应用。因此，很多发达国家，之前以有刷直流电机主导的机械电器自动化工程开始逐渐被无刷直流电机所替换。12无刷直流电机研究意义无刷直流电动机在电动车和航空航天、计算机外设、商业自动化仪器、工业机器人等众多领域都有了普遍的应用。此外，超小体积、小功率无刷直流电机作为能耗低，安装方便，高效的新型电机，还被广泛应用于打印机，传真机，碎纸机，电脑硬盘和其他办公设备，可以说无刷直流电动机的应用在生活中无处不在。结合了新的控制技术、传感器技术以及新的电子设备的这种电动机，给人们提高了很大的家用电器性价比，为社会节约了能源。无刷直流电动机在民用和工业领域有着相当强大的发展潜力。但是无刷直流电动机相对于其他类型的电机来说是却只是一种新型的电机，所以它的驱动和控制方法也和电力电子技术的联系越来越紧密。所以，透彻的研究无刷直流电机的控制原理，对人们的日常生活和社会的经济发展有着非常重要的意义。13无刷直流电动机的控制方法无刷直流电动机的控制方式主要被分为有位置传感器的控制方式以及无位置传感器的控制方式这两种。131有位置传感器控制方式所谓有位置传感器的控制方式其实就是在电机的定子上装上相应的位置传感器，通过这些位置传感器检测转子的位置信号，而最常使用的是霍尔位置传江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计感器。它体积小、安装灵活方便、使用方便可靠，所以被广泛的应用。利用霍尔传感器来检测电机在高速运行过程中转子的准确位置，并且把检测得到的位置信号转化为电信号，传送给芯片，控制芯片会处理，之后转化为正确的电信号输入到逆变器的六个功率管的栅极中，通过正确引导开关的通短顺序，使得电机能够正常运行。132无位置传感器控制方式无位置传感器不是真的完全没有传感器，而是没有机械形式的位置传感器，也就是不在电机的定子上安装具体的位置传感器，而是在电机转动的过程中，通过硬件和软件配合检测到电压或者电流信号，通过计算，获得转子位置信号，让芯片控制逆变器的六个开关管的栅极导通顺序，可以让电机来准确换相。无位置传感器的控制方法成为了研究无刷直流电机首要的方向，其核心问题主要是怎么使用软硬件结合的方法，搭建转子状态量的检测电路。目前能解决这一问题的主要方法有三次谐波电势法，电感法，反电势法，状态观测器法。其中反电势检测法是理论最为成熟也是应用最为广泛的转子位置检测的方法。14本设计的研究内容一般的航模都是由遥控器发射控制信号，接收机接收此信号并将指令传送给电调和舵机，舵机控制舵面的运动来调整飞行器的飞行姿态，电调则为接收机供电并接收油门控制信号来控制电机转速的，它最基本的功能就是电机调速（通过电压进行调节）。其次，为遥控接收器上其它通道的舵机供电。而无刷电调多一个重要功能，就是充当换相器的角色，因为无刷电机没有电刷进行换相（直流电机需要将输入的直流电不断的切换电流方向，使电机旋转），所以需要靠电调进行电子换相。当然，电调还有一些其它辅助功能，如电池保护，启动保护、刹车等。随着科技和产品的不断发展，主流航模电调从刚开始的10A、20A、30A发展到现在的60A、70A、80A、90A，现在这些也渐渐的不能满足航模爱好者更高的追求了。100A、110A、120A的航模电调也相续面世。随着新科技，新材料，新配件的发展，航模电调的要求将会越来越高。因为航模领域的特殊性，关于对电机的控制也有比较特殊的要求。重要的便是需要控制系统体积尽量要小、质量尽量要轻。就必须在设计控制电路的时江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计候使用较简单的电路，来减少元器件的数量。本设计使用MEGA8单片机作为核心来构造无刷直流电机控制系统，该系统充分发挥MEGA8单片机的特色使得外围控制电路相当简单，能够满足设计的要求。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计2系统整体设计方案21无刷直流电机的结构无刷直流电动机BRUSHLESSDIRECTCURRENTMOTOR，以下简称BLDCM是近几年来，由于新型电力电子器件的应用和微处理技术的发展以及慢慢成熟起来的直流电机控制方式和低成本的、高能量永久磁铁的出现而诞生的新型直流电动机。其基本组成部分如图11所示，那么一般的无刷直流电动机的结构有电机本体、电子换相电路、位置传感器和逆变器这四部分，其中电子换相电路由驱动部分和控制部分组成。图11无刷直流电机结构图BLDCM通过电子的换相装置来取代传统的电刷来实现直流电机的换相，在结构上还与永磁同步电机类似，而且同直流电机一样，运行效率高、调速性能好，也继承了交流电机可靠性强、维护简单方便等优点。如下表11所示。表11三种常用电机的性能比较性能传统直流电机交流异步电机无刷直流电机过载能力大小大机械特性硬软硬平稳性较好较差好噪声大较大小效率高低高维护难易易江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计22无刷直流电机工作原理图12三相电机定子绕组图12是定子绕组的缠绕方式，A、B、C三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的形式被联结在一起。当它们两两通电时，一共有6种情况，分别是AB,AC,BC,BA,CA,CB，图13（A）（F）分别阐明了各个时刻通电线圈产生的磁场方向和两个线圈的磁感应强度的合成方向。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计图13Y形绕组两两通电的6种状态例如图13的A中，此时AB相通电，转子肯定会向合成箭头的方向靠拢，那么当转子转到这一位置时，外线圈就要迅速换相，换成AC相通电，使得转子继续转动，并接着往图B中的合成箭头处靠拢，当转子转到这个位置的时候，外线圈换成BC相通电，往后以此类推，并不断循环。当外线圈换相次数到达6次之后，转子也就旋转了一周。23研究方法和技术路线选用ATMEGA8单片机作为系统控制芯片，电机驱动部分使用P沟道和N沟道一上一下的全桥驱动电路。（1）本设计主要分为三个部分电机驱动系统，单片机控制系统，监控保护系统。（2）各部分的功能单片机控制部分通过系统的运行设定参数以及系统的实时运行状态来分析处理输入输出信号，从而对无刷直流电机来进行调整控制；电机驱动部分对输出信号进行放大和检测，完成后，放大器信号输入到逆变器中，正确引导6个功率管的导通状态，使得电机能正常运行；监控部分实现对系统实时监控，当电机运行出现异常时，芯片会立即产生报错信号，强制电机停止运行。（3）主要设计内容MEGA8单片机控制系统的设计；电机驱动电路的设计；系统硬件电路的设计；系统检测保护电路的设计；系统控制软件设计；24反电势法的基本原理反电势检测简称BACKEMF是通过检测无刷直流电机三相绕组旋转过程中不通电的那相绕组产生的反电动势，来得到转子的位置情况。反电势检测方法还分为端电压法（过零检测法）、续流二极管法、积分法、三次谐波检测法。241过零检测法过零检测法是通过硬件电路测出电机三相绕组中悬空相产生的反电势的过零信号，然后对这一信号延时一定电角度就可以得到转子准确的位置情况，由此来控制电机正确换相。此电路需要用到三对星型连接的电阻模拟绕组的反电势以及虚拟的中性点，再用RC滤波器对电压信号进行滤波，如图21所示，江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计通过比较悬空相的输出电压和虚拟中性点电压，过零点时刻的信号就是反电势的过零信号。图21比较器电路图对于三相桥式Y结构的电动机来说，通过检测电机的端电压就能检测出反电动势的过零点。因为电机只能有两相导通，另一相是悬空的状态，此时该悬空相的电压值就是该相的反电动势的大小。通过检测到的悬空相反电动势的过零点，再过30电角度，就得到了换相点，如图22所示，得到了六个转子位置的信号将这六个信号作为逆变桥功率管的触发信号，轮流导通六个功率管，使得电机正确换相，来驱动电机持续运行。图22反电势波形242反电动势方程推导江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计用C相举例来得出反电动势方程。图23是A相和B相导通时的电流流向示意图，假设此时C相是悬空的，电流A相进入，B相流出，那么在这个过程中A相的反电动势是正的，B相的反电动势是负的，而C相反电动势的过零点就是需要我们来检测的，其示意图如图23所示DCLMLMLMEAEBECNUNBLCDMVD5VT6VD3VD1VD4VD6VT5VT3VT1VT4IAIBABCRRR图23A、B相导通时电流流向图24是C相绕组的等效电路图，VN是星形连接绕组中点对地电压，VC是C相的对地端电压，IC是C相的相电流，EC是反电动势，R是C相的相电阻，L是C相的相电感。ICECVCVNLR图24定子绕组等效电路根据等效电路，可以得出C相的电压方程21NCMCVEDTILRIV由于导通的那两相的电流大小相等、方向相反，第三相没有电流，由反电江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计动势的波形图22，从图中可得，在悬空相的反电动势过零点的那一瞬间，被导通的那两相它们的反电动势也是大小相等但是方向相反，将、三AVBC式相加得（22）NCBACBAEV3即（23）NC相反电动势方程为（24）3CBACNCVVE又因为此时、，所以0CIBAIBAE（25）21NC相反电势方程另一种表达形式为（26）BACVE由（26）可知，我们主要知道各相的电压、,就可以计算出反电ABC动势何时过零点，那么再延迟30的电角度即得到换相点。25逆变电路本设计采用全桥驱动电路，用3对P和N沟道的MOSFET控制，其电路如图25所示。MEGA8单片机正好有3个硬件PWM通道，可以用它输出PWM波。因此在设计中直接使用硬件PWM功能，一方面大幅提高了PWM的输出精度；另一方面也降低了软件编程的难度。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计图25全桥驱动电路26换相和调速261换相顺序对于电机运行的换相步骤来说就需要严格按照下图所示的换相顺序来换相如图26所示，不能随意改变三相绕组的通电顺序。否则会严重损坏电机和整个控制电路。将电机的任何两相线对调能实线电机的反方向运转了。图26电机正确换相顺序26230点角度延迟实际上的反电动势和霍尔元件两者检测的波形图如下图所示，实线的为霍尔的输出波形，虚线的为反电动势，黑色实点为反电动势的过零点。从图27中可以看出用反电动势检测时的过零点相比于霍尔传感器检测时的波形超前了江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计半个电节拍，也就是相当于30电角度。为了能适时的换相，一旦检测到反电动势到达过零点之后，还需要延迟30电角度后再进行换相。图27反电动势波形和霍尔传感器输出波形对比图那么30电角度到底是多久呢我们考虑在小范围的060区间内转子是匀速转动的，也就是AB相开始通电一直到检测到C相过零时刻的前半部分时间与后半部分的时间相同。故我们只需要让单片机测得前半部分的时间间隔T1，等过零点到达后再经过T1时间，进行换相就可以了。263调速无刷直流电机，不论它看上去似乎换相非常繁琐，一些控制方式也和交流同步电机很相似，但本质上还是属于直流电动机。只是把有刷直流电机的机械换向器，和电刷换成了现在的新型电子的换相器。直流电压控制着直流电机的转速，电压越高，电机转得越快；相反，则转得越慢。可惜的是单片机不能直接输出可以调节的直流电压，所以只能使用脉宽调制（PWM波）来控制电机的输入电压。PWM占空比越大，输出电压就越高，占空比越小，输出电压就越低。当然，单片机输出的PWM波只是提供了一个控制信号，最高电压也只有5V，它的能量不足以驱动无刷直流电动机，所以必须要用功率管来驱动电机。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计3硬件电路设计31硬件原理框图硬件原理图如下图31所示。电源由锂电池提供，一般航模电调由三节锂电池串联（111V左右）给单片机和电机供电，在电机启动之前，首先要进行电池电压的检测，确保锂电池供电正常，防止电池电量不足损坏整个电路和电机。通电后，单片机由内部程序控制给出驱动信号，驱动全桥逆变电路，逆变电路中的6个MOS管，根据单片机输出的信号，顺序通断开关管，来使电机持续转动。电机转动过程中，悬空相的反电动势需要实时回馈到单片机中，用来检测过零点，确保电机准确换相。流经电机和逆变电路中的总电流也需要被单片机检测到，一旦电流出现异常，则需立马停止电机转动，用来保护电路和电机。电机控制速度脉冲输入则是输入信号给单片机，来改变PWM波的占空比，从而调节电机的转速。MEGA8单片机电源输入电池电压检测功率驱动电路反电动势检测电机电流检测电机控制速度脉冲输入三相全桥逆变电路无刷直流电机图31硬件原理框图32硬件设计321单片机的选择由于航模体积跟小，需要使用简单的电路来减少元器件的数量，普通的51单片机无法满足这一条件，而MEGA8单片机不但能简化电路，而且自身带有3个PWM波输出口，正好可以驱动全桥逆变电路。最为重要的是，MEGA8还江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计有ISP功能，可以在程序设计和调试阶段可以随时对器件在线编程、修改程序，而不需要使用专用设备，这一点非常的方便。ATMEGA8（如图32）内部的存储器容量较大，也有很多强大的硬件接口电路，最重要的是它还拥有AVR单片机MEGA系列全部的功能和特征，但采用小引脚的封装形式，故价格只和抵挡单片机差不多，性价比极高。图32MEGA8单片机ATMEGA8带有的8位AVR微控制器不仅性能高，功耗还低，8位通用工作寄存器也有32个，当单片机在16MHZ工作的时候，还具有16MIPS的性能，很适合无感无刷直流电机的控制要求。ATMEGA8可编程的I/O口最多有23个，可以用它们来定义I/O口的输入输出的方向。TQFP形式封装的MEGA8拥有2通道的8位A/D转换器，能够处理电池电压检测这类低精度的任务。322电池电压检测电路图33是一个电阻分压网络，其中VCC用来接锂电池的阳极，接地端用来接锂电池的阴极，U_BAT需要接在MEGA8的ADC7管脚。一节标准锂电池的电压为37V，一般航模用锂电池都是三节串联，也就是111V。当电池即将没电时，VCC就会下降，那此时U_BAT测得的电压就降低了。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计图33电池电压检测电路323电流检测电路SHUNT是“分流”的意思。事实上，这不应该被称为“分流”，因为它在PCB板是一种蛇形走线，相当于一个阻值很小的电阻，电流流过MOSFET和电机最终都要通过它，其实应该是“总流”，而非分流。通过电机的电流全部都经过它然后流向GND，虽然它的电阻阻值非常小，但如果有足够大的电流，SHUNT的左端就会产生一个小电压，小电压会经过电阻和电容组成的一阶低通滤波器，直接进入单片机的ADC6管脚，如图34。图34电流检测电路324驱动电路采用3个N型MOSFET和3个P型MOSFET，便可将驱动电压的问题解决。P型MOSFET和PNP三极管类似，当栅极电压小于源极电压，而且电压值小于某一负的阈值电压时，MOSFET的源极和漏级就会导通，电流由源级流向江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计漏级。一般P型功率型MOS管的阈值电压都会在320V之间。如图36所示，下臂用的是IRFR1205的N型MOSFET，如果在端给以5V的栅极LA_电压，场效应管NA就会导通，所以这个端口可以直接用单片机的I/O口驱动。上臂用的是IRFR5305的P型MOSFET，当端给出高电平时，三极管导H通，IRFR5305的栅极被拉低，此时在IRFR5305的栅源极之间就存在一个负电压，从而使MOS管NA导通。图36全桥驱动电路类似图中N管和P管的外围看似普通的电阻在整个逆变电路中的作用是相当大的。R17的用处，第一是降低栅极充电时的峰值电流，其二是防止震荡，其三是保护NAMOS管的DS极不被击穿。R16则作为下拉型抗干扰电阻。R2作江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计为上拉NAMOS管的栅极，阻值不可以太大也不可以太小，太小了则会造成导通三极管时电流过大；太大了MOS管的栅极电压上升就会十分缓慢，从而影响开关性能。R3，是三级管的基极电阻，确保三极管能正常工作在放大区。325反电势检测电路根据三相的反电势过零检测方程（31）21CBACVE图35反电势检测电路当0时，从图35中可见，在从过程CE21CBAVAV中输出U触发一个下降沿脉冲，而从过程中输出U处触发一个A上升沿脉冲。单片机就是依靠检测脉冲的变化才能知道过零点的时刻。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计4系统软件设计41无刷电机启动策略对于无刷电机的启动，使用了软件的启动方法在电机静止或者低速运行时，它的反电势为零或很低，无法检测到，所以采用外同步起动法。在还没启动电机的时候，先在任一相上给电压，随后开始过零点检测，当过零点被检测到时，就提早开始切换，如果检测不到过零点那么就要延时一段时间后再进行切换。用这种方法来使无刷电机的转速逐渐提高，一旦反电势达到足够大时，就能正常的进入运转方式。主程序流程图如图41所示。主程序是整个系统的主干，总的来说该程序可以分为三大部分初始化阶段、低速启动阶段和闭环运行阶段。系统初始化启动电机各部分工作正常结束开始低速启动策略电机加速加速完成切换到自同步状态闭环运行停机NYYNYYNN图41主程序流程图主程序首先要完成MEGA8单片机内部定时器寄存器、时钟模块的初始化、中断控制器、PWM控制寄存器以及各个变量的初始化，并关断所有的功率器件等任务。才能进入电机的起动部分，起动结束后再进入双闭环调速阶段，在这个阶段中系统会按照一定的逻辑顺序来调用各个功能子程序，以实现系统设江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计计的所有功能。42调速信号检测由外部的中断程序给出控制信号来检测电机调速状态，如图42所示。触发外部中断后，程序首先会检测此触发信号是上升沿还是下降沿。记录两者的时间，通过单片机内部的时钟确定好脉冲的时间，然后调节PWM波的占空比，就能改变电机的转速了。记录下降沿时间退出中断程序外部中断触发计算脉冲时间设置PWM占空比记录上升沿时间记录下降沿时间记录上升沿时间触发信号为下降沿触发信号为上升沿YYNN图42调速信号检测流程图江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计43换相控制程序电机的换相控制在主程序完成，如图43所示。当系统开始进入一个控制阶段之前，首先会根据单片机前几次测的的换向时间对此次的过零点时间做估计，然后等待准确过零点的时刻到来，当这一时刻到来的一瞬间，程序就会马上计算出此次理论的换向时间，即30换相时间。然后根据设置的基本参数对换相的时间做部分修正，来发挥电机的最大工作的效率。当需要换相的时候，程序切换相应MOS管的开关，再进入下一阶段的控制。初始化估算过零点时间计算换向时间等待换相点时间切换MOSFET管等待过零点信号检测电流与电压是否正常关闭电机YN图43电机换相控制流程图44过零事件检测与电机换相程序我们假设此时电机是正常旋转的状态，当程序一旦检测到悬浮相过零，就江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计会进入下面给出的这段代码中。假设这时电机是AB相通电的状态，那么C相的感生电动势在转子转到一半时会过零，那么NULL_C端的电压就会低于AVERAGE中点电压，比较器的输出一个上升沿来触发中断，进入中断服务程序。一旦进入中断服务程序，首先程序会用一个DOWHILE循环，来过滤消磁事件。再下去会看此时SENSE_H宏为真，使得局部变量SENSE为1。然后是SWITCHPHASE条件判断语句，其中的0、1分别表示AB,AC相通电。由于现在假设AB相是通电的，所以PHASE的值是0，进入CASE0。进入CASE0后，先对A_H输出PWM信号，为了消除消磁事件的影响，这里加入了一个IF语句判断SENSE。由于目前的SENSE值等于1，故进入IF语句。再打开NCMOS管，这样就换到AC相通电了。然后判断全局变量ADWANDELEN是否为零，为零就需要调用ADCONVER函数采样此时电流的大小。主程序会每隔一段时间就将ADWANDELEN置1，来定期监控电流。UNSIGNEDCHARSENSE0DOIFSENSE_HSENSE1ELSESENSE0SWITCHPHASECASE0STEUER_A_HIFSENSESTEUER_C_LTCNT21IFADWANDELNADCONVERTSENSE_FALLING_INTSENSE_BPHASECNTKOMMUTIERUNGEN江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计ELSESTEUER_B_LBREAKCASE1STEUER_C_LIFSENSESTEUER_B_HTCNT21IFADWANDELNADCONVERTSENSE_ASENSE_RISING_INTPHASECNTKOMMUTIERUNGENELSESTEUER_A_HBREAKWHILESENSE_LADWANDELN0江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计然后程序会把模拟比较器改成B相电压NULL_B和中点电压AVERAGE的比较，由下降沿来触发产生中断。因为在AC相通电时，B相产生的反电动势会从低于中点电压逐渐超过中点电压，因为NULL_B接在比较器的负端，所以当B相电压超过中点的瞬间，模拟比较器会产生一个下降沿。此时变量PHASE加1，全局变量CNTKOMMUTIERUNGEN也加1，这个全局变量是累计换相次数用的。最后跳出SWITCH语句，转到WHILE语句处。这个时候的SENSE仍然为1，而NULL_B接在了模拟比较器的负向输入端，那么SENSE_L就会去比较NULL_B和AVERAGE的电压，而NULL_B电压是低于AVERAGE电压的，故SENSE_L的值为零，接着退出DOWHILE循环。最后全局变量ADWANDELN置0，然后再退出中断服务程序，一个（ABAC）过零检测加换相事件完成了。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计5总结由于无刷直流电机结构简单、输出功率大以及有良好的调速性能等优点，近几年来，在小到航模，大到工业、航天航空领域得到了广泛的应用。如今，如何简单有效的控制BLDCM已近逐步成为电机控制领域中最有深度的研究方向了。通过查阅相关资料，详细了解了无刷直流电动机的结构并较好的掌握了它的工作的原理和控制的手段，才设计出这样一套基于反电动势法的无刷直流电动机的控制系统。在这期间，主要做了以下工作（1）通过大量查阅相关文献，首先对目前的BLDCM控制系统的研究发展有了大概的了解。并在熟悉了目前常用的几种无位置传感器控制方法的前提下，最终选择了反电势过零法作为基本的控制方法。确立了以ATMEGA8单片机作为核心的闭环控制系统的设计方案。（2）接着画出了控制系统的总体硬件设计图，并分部介绍了单片机结构特点、电流电压信号检测电路原理、反电动势检测原理和驱动电路。（3）最后，在掌握了无位置传感器的无刷直流电动机控制的特点之后，结合之前设计的硬件电路对整个控制系统进行了相应的软件设计。并单独阐述了过零事件检测与电机换相在软件程序中的工作原理。尽管这段时间对基于反电势法的无刷直流电动机控制有了不少的研究，也取得了很大的成果。但是由于时间和很多条件限制，还是有许多问题需要更加深入的研究。总之，这次的毕业设计让我发现了很多自身的不足之处，也让我感受到了专注研究课题的乐趣，受益匪浅。江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计附录硬件电路原理图1234ABCD4321DCBATITLENUMBERREVISIONSIZEA4DATE5JUN2014SHEETOFFILECUSERSKOBEDESKTOPQYKYUANDDBDRAWNBYPD31PD42GND3VCC4GND5VCC6PB6XTAL17PB7XTAL28PD59PD610PD711PB012PB113PB214PB3MOSI15PB4MISO16PB5SCK17AVCC18ADC619AREF20GND21ADC722PC023PC124PC225PC326PC427PC528PC6RESET29PD0RXD30PD1TXD31PD2INT032MEGA8LCLALBLAVERAGEGREENINT0TXDRXDA1A3SCLSDAAHBHCHPPMUBATGNDCURRENTC2101FGNDR74K7R124K7R134K7R204K7R214K7R224K7R14K7R44K7R184K7C101FC201FC301FGNDR271KREDLEDR154K7R1410KVCCC1701FPHASEAPHASEBPHASECREDNULLANULLBNULLCAVERAGEGMLEDR331K5VGREENC1401FC1601FC1901FC2001FC1001FC701FC601FC501FC9330F/50VVIN1GND2VOUT3U278L05C1210FGNDGND5V12345P11MHDR1X512345P12MHDR1X5R284K7TXDRESETSCLSDAPPMINT0RXDAH5VGND123P2ADDRESS123P3TW1GNDA1A3SCLSDAGNDGNDGND5V5VNULLBNULLAC1101FL110UH5VGNDNULLCREDSDASCLC301FR1010K5VGNDRESETQ1IRFR5305T11PR2470C1501FQ4IRFR1205PHASEAPHASE_AR34K7R17470R1610KGNDVCCAHALQ2IRFR5305T21PR5470C1801FQ5IRFR1205PHASEBPHASE_BR64K7R19470R2310KGNDBHBLQ3IRFR5305T31PR8470C1301FQ6IRFR1205PHASECPHASE_CR94K7R25470R2410KGNDCHCLR114K7C801FGNDCURRENT江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计致谢本文从选题到最后完成的整个过程，得到丁启胜老师的悉心指导。丁启胜老师优秀的工作作风、负责的工作态度、加上他那渊博的学识和灵活的思维方式，耐心的讲解我的每一个提问，使我受益匪浅，并不断地鼓励和鞭策我今后的学习和工作，为以后步入社会、适应工作奠定良好的基础。在此，本人由衷的表示的感谢在此本人由衷的对丁老师表示最诚挚感谢祝老师年年有今日，岁岁有今朝，青春永驻，活力四射在毕业设计的过程中，还得到很多同学朋友的热情帮助，尤其是黄鑫和范龙飞同学，在此表示感谢最后感谢江苏师范大学电气工程及自动化学院很多老师们在这四年里给我学习上带来的巨大帮助，也要感谢他们给我为人处事上的教诲，让我在即将踏入社会之前有了足够的信心和勇气，谢谢你们江苏师范大学本科毕业设计基于反电动势法的航模电调的设计参考文献1奉华成,皮佑国,吴效明MC68HC908GP32在无刷无传感器型直流电机控制中的应用J电子技术,2002,261218212王微子,等基于DSP的无位置传感器无刷直流电动机调速系统J微特电机,2004,2207497553李钟明,刘卫国稀土永磁电机M北京国防工业出版社,1999