基于Proteus和AVR单片机的无刷直流电机控制系统仿真

yuchengze

摘要：文中设计的无刷直流电机控制系统选择ATmega128单片机作为主控芯片，使用了EDA工具软件Proteus设计了无刷直流电机的控制系统，并进行了仿真实验。在仿真实验中利用Proteus软件的仿真功能，进行了电机转速控制的实验，控制系统的可行性以及转速控制效果得到了验证。实验过程中能直观地看到实验结果，所设计的系统满足了无刷直流电机转速控制的要求，电机运行稳定，在硬件电路和软件设计都有一定的辅助作用。
关键词：Proteus;AVR单片机;无刷直流电机;仿真;控制系统
永磁无刷直流电动机不使用电刷和换向器组成的机械换向机构而是使用电子的直流电动机。永磁无刷直流电机首先不会出现诸如电刷引起的摩擦和电火花、因机械换相机构而导致的寿命短等问题;其次无刷直流电机在结构上有一定的简化，转子上安装永磁体，定子上安装电枢绕组，因而在导热方面效果更好。这样既能保持直流电动机在启动和调速方面的出色特性，同时又在运行稳定性和能量转换效率等方面保持一定的优势，进而提高电机运行的经济性。单片机尽管在性能上不如DSP芯片，但却有更低的价格，外部电路设计简单，在通常状况下单片机的控制功能和处理速度也可以达到的需求，所以这里选择单片机作为直流无刷电机驱动控制系统的主控芯片。
Proteus软件目前在单片机仿真及其他相关的外围器件的仿真方面，Proteus是一个非常实用的工具软件。可以使用Proteus完成硬件电路的设计，可以对单片机在内的一些微处理器进行编程，在微处理器上实现不同的控制算法，并且仿真过程中的控制效果可以直观观测。文中采用Proteus仿真平台设计了以AVR单片机为控制核心的无刷直流电机仿真控制器，把有效的理论实践基础应用到实际系统的设计当中。
1 Proteus中的无刷直流电机模型
无刷直流电机模型是在直流电机模型基础之上建立的，根据应用需要可在Proteus软件中对电机的参数进行设定，包括电机的额定使用电压、空载状态转速、转子的转动惯量、定子绕组的阻抗及定子绕组间的互感等参数。软件提供定子绕组为星型连接(STAR)和三角形连接(TRIANGIE)两种模型，在此选用星型连接的无刷直流电机模型，该电机模型中自带有3个霍尔位置传感器，用于转子位置的检测。