电动工具基于电池管理的直流无刷控制系统研究与设计.pdf

摘要

随着科技的不断发展，电动工具已经在日常生活和工业生产中广泛应用，使得相关的控

制系统的发展变得越来越重要。其中，直流无刷电机（BrushlessDirectCurrentMotor,BLDCM）

作为一种高效能和节能的电机类型，被广泛使用在电动工具中。然而，传统的BLDC电机控

制系统往往存在着一些问题，如工作不稳定、能耗高等。因此，如何提高BLDC电机控制系

统的性能，降低能耗成本是当前电动工具技术研究领域需要解决的问题。本文在电动工具的

BLDC电机控制系统中利用分布式电池管理系统进行研究与设计，该研究成果为电动工具技

术的进一步发展和应用提供了新的思路和方法。

本文首先对直流无刷电机的基本机构做了简要介绍，阐明了不同的定子结构表现出不同

的反电动势波形，并对直流无刷电机中的导通方式、脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）

技术做了说明介绍，最后针对控制系统中的电压、转矩、运动特性建立了数学模型。在后续

MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，针对直流无刷控制系统进行了仿真验证。

另外针对BLDC控制系统的基本模块设计了基准电压比较方法进行反电动势过零检测，

并介绍了电机预定位到启动和刹车的策略、以及设计了电池与BLDC控制系统之间的通讯协

议进行电池状态数据传输，并根据电动工具系统使用功能要求设计了系统整体硬件方案，核

心处理器选择峰岹科技的FU6861L芯片，并针对芯片进行模块化外围电路搭建，并且设计了

相关直流无刷电机基本工作控制算法，以及设计自适应电池管理控制算法优化电池管理。

最后通过MATLAB/Simulink中建立了仿真模型，针对直流无刷控制系统速度环和电流环

进行了仿真验证。并在设计的实物控制板上，通过波形分析验证了BLDC系统的设计可靠性。

而且通过电池管理上位机实时监测到了电池与BLDC电机系统电池状态数据通讯。验证了电

池管理其在BLDC控制系统中的应用效果，具有一定的实用和经济价值。可以有效提高电池

管理的效率。

关键词:无刷直流电机，PWM调制，反电动势过零检测，通讯协议，电池管理

Abstract

Theutilizationofpowertoolsindailylifeandindustrialproductionhasgrownexponentiallydue

totheadvancementofscienceandtechnology,thusmakingtheconstructionofappropriatecontrol

systemsincreasinglyessential.BLDCmotoriswidelyusedinpowertoolsasatypeofmotorwith

highefficiencyandenergysaving.However,thetraditionalBLDCmotorcontrolsystemoftenhas

someproblems,suchasunstableworkandhighenergyconsumption.Therefore,howtoimprovethe

performanceofBLDCmotorcontrolsystemandreduceenergyconsumptioncostistheproblem

waitingtobesolvedinthefieldofelectrictooltechnologyresearch.Thispaperdelvesintothedesign

andexplorationofBLDCmotorcontrolsystemsforpowertools,utilizingdistributedbattery

managementsystemstobeamajorcontributortothecreationofintelligentpowertools.Thefindings

ofthisres