随着无刷直流电机(Brushless DC Motor)应用范围越来越广,人们对无刷电机的工作性能要求越来越高。传统的总线型无刷直流电机驱动系统通常基于RS485总线通信,采用霍尔位置传感器,通过方波电压驱动电机。这种控制方式简单,成本低,但方波驱动要求无刷直流电机的反电动势为理想梯形波。然而,在实际制造中,无刷直流电机的反电动势很难达到理想梯形波,并且为削减齿槽转矩而采用斜槽、斜极等方法使得反电动势波形接近正弦波,这使得方波驱动的电机在工作过程存在转矩脉动和换相噪声等问题。同时,RS485总线本身具有总线利用率低、实时性较差等缺点,特别是当工业应用中的控制单元数量较多时,其通信实时性更加得不到保障。无刷直流电机驱动系统采用EtherCAT总线通信,可以大幅提高其实时性和可靠性,这类驱动系统在电机控制中表现出优良的性能,如低噪音、转矩脉动小,定位准确,低速稳定等。因此,设计出一套带有EtherCAT总线通信接口且运行可靠的无刷直流电机驱动系统具有重大的意义。针对总线型无刷直流电机驱动系统的设计,本文开展了以下研究工作:首先,对EtherCAT总线型无刷直流电机驱动系统进行整体方案设计,包括从站控制器LAN9252芯片和微处理器STM32F103VET6芯片的选择依据。其次,推导反电动势为准正弦波无刷直流电机的数学模型,并以此为基础,建立正弦波驱动的无刷直流电机矢量控制系统,研究了磁场定向控制(FOC)和空间矢量电压调制技术(SVPWM)的原理,以及这些原理在电机控制上的应用。接着,通过Altium Designer 10对驱动系统硬件电路进行设计,包括驱动与逆变桥电路、位置检测电路、电流检测电路、USB转串口电路、从站控制器与微处理器之间的PDI接口电路、物理通信端口电路、从站信息接口电路等。然后,对驱动系统进行软件设计,包括实现EtherCAT通信的PDI接口软件设计、XML文件编写和CoE对象字典设计,以及基于磁场定向控制与SVPWM原理的电机控制算法和上位机调试软件的编写,最终实现了电机的速度和位置控制。最后,为验证所设计的驱动系统,搭建简单起吊装置,对驱动系统工作性能进行测试,包括单台和多台联网的通信可靠性测试,不同额定功率电机在空载和负载下运行时,速度、位置精度、控制信号、相电流等多项指标进行测试。测试结果表明,本课题设计的无刷直流电机驱动系统达到了预期的设计要求。