基于直流電動機專用控制器mc33035的控制器設計畢業(yè)論文(已修改)
2025-06-08 14:32 本頁面
【正文】 20xx 級 專 科畢業(yè)設計論文 第 1 頁 共 14 頁 1 引言 直流無刷電機控制器是直流無刷電機正常運行并實現(xiàn)各種調速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能：對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅動電路提供各種控制信號；產生 PWM 脈寬調制信號，實現(xiàn)電機的調速；對電機進行速度環(huán)和電流環(huán)調節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能；并實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。目前以數(shù)字信號處理器（以下簡稱 DSP）為核心的直流無刷電機控制系統(tǒng)發(fā)展很快。 DSP比較適合實現(xiàn)高級復雜的電機控制，如電動機的矢量控制、電動機及系統(tǒng)的非線性控制、系統(tǒng)的最優(yōu)控制適應性控制等，用它來實現(xiàn)不太復雜的控 制就顯得有點大材小用了。而專用直流無刷電機控制芯片只是將其控制邏輯集成在芯片內，不具有靈活的編程功能，不能實現(xiàn)稍微復雜的控制。若用單片機編程實現(xiàn)專用控制芯片的功能，基于單片機本身硬件的局限，編程復雜且可靠性不高。本文設計的直流無刷電機控制系統(tǒng)采用單片機與直流無刷電機專用集成芯片相結合的方法，既具有單片機編程靈活的特點，又有專用芯片抗干擾能力強，性能可靠的優(yōu)點，同時易于產品的升級。因而，本文所設計的直流無刷電機控制系統(tǒng)具有一定的實際意義。 本課題是自選研究課題，旨在研制一套基于無刷電動機 集成控制器的直流無刷電機調速系統(tǒng)，主要內容如下： （ 1）研究直流無刷電動機的組成結構和運行原理，針對控制對象選擇合適的控制 方案。 （ 2）設計直流無刷電機控制器的硬件電路，包括電源電路、功率電路、電流檢測 電路、電壓檢測電路、位置檢測電路、電流斬波電路、驅動電路、控制器電路等。 （ 3）根據(jù)直流無刷電動機的控制策略，完成控制系統(tǒng)的整體設計。 （ 4）通過實驗，驗證硬件電路的可行性，根據(jù)控制要求修改電路設計，提高控制 性能。 2 直流無刷電動機結構分析及基本工作原理 直流無刷永磁電動機主要由電動機本體、位置傳感器 和電子開關線路三部分組成，直流無刷電機組成結構如圖 所示。 20xx 級 專 科畢業(yè)設計論文 第 2 頁 共 14 頁 圖 2. 1 直流無刷電機的原理框圖 電動機本體在結構上和永磁同步機相似，但是沒有鼠籠型繞組和其它的起動裝置。其定子是直流無刷電機的靜止部分，它由導磁的定子鐵芯、導電的電樞繞組及固定鐵芯和繞組用的一些零部件、絕緣材料、引出部分等組成，如機殼、絕緣片、槽鍥、引出線及環(huán)氧樹脂等，一般制成多相（如三相、四相、五相不等）。轉子是電機本體的旋轉部分，是產生激磁磁場的部件。轉子由永久磁鋼按照一定的極對數(shù)（ 2p=2，4， ...）組成。直流無刷電機轉子的永久磁鋼與有刷直流電機的永久磁鋼作用相似，都是在電動機的氣隙中建立足夠的磁場，不同之處在于它們的安裝位置不一樣，直流無刷電機的永久磁鋼裝在轉子上，而直流有刷電機的永久磁鋼裝在定子上。 位置傳感器 位置傳感器的結構 位置傳感器也由靜止部分和運動部分組成，即位置傳感器定子和位置傳感器轉子。不同類型的位置傳感器，它的定子部分和轉子部分的構成是不同的。例如，電磁式位置傳感器的轉子部分由圓柱體狀的非導磁材料構成，表面鑲有 120186。扇形的導磁材料；定子部分由硅鋼片沖疊而成或是由高 頻鐵氧體材料壓鑄而成，一般有六個極，極間間隔角度為 60186。，選其中間隔 120186。的三個極繞組作為一次繞組，相互串聯(lián)后通高頻電流，另外的三個極則作為二次繞組。光電式的轉子部分是由一塊遮光板構成，遮光板上開有約 120186。電角度的縫隙，并且縫隙的數(shù)目等于直流無刷電機轉子磁極的極對數(shù)。定子部分是由三個發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。 位置傳感器的分類 按位置傳感器按動作原理，可分為敏感式、耦合式、諧振式和接近式等。敏感式位置傳感器是利用敏感元件來感應轉子的位置，并輸出控制信號控制各相繞組的導通順序。常用光敏元件作為 敏感元件如光電二極管、光電三極管和磁敏三極管等。耦合式位置傳感器是指變壓器耦合（即磁電式）和高頻空芯線圈耦合等。諧振式位置傳感器是指當達到諧振條件時，輸出最大控制信號控制電樞繞組的導通。接近式位置傳感器是利用接近某物而動作的原理制成的一種位置傳感器。 20xx 級 專 科畢業(yè)設計論文 第 3 頁 共 14 頁 直流無刷電動機的電子換相開關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。功率邏輯開關是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定的邏輯關系分配給直流無刷電動機定子上的各相繞組，以便 使電動機產生持續(xù)不斷的轉矩。而各相繞組通電順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。但位置傳感器所產生的信號一般不能直接用來控制邏輯開關單元，需要進行邏輯處理（譯碼器）。處理好的控制信號通過驅動電路來驅動電子換相開關工作，一般而言，電子換相開關是由 IPM 模塊或者 IGBT、 MOSFET等構成的。 眾所周知，一般的永磁式直流電動機的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動機氣隙中產生磁場。其電樞繞組通電后產生反映磁場。
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