【正文】 摘　　要單片機(jī)控制的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)適用于電動(dòng)自行車等小功率的工作情況，并能將多余的電能回饋。該系統(tǒng)具有調(diào)速性能好、功率因數(shù)高、節(jié)能、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本文從系統(tǒng)要求分析入手，將整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分，分析和討論了各個(gè)部分的電路原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方法。詳細(xì)討論了系統(tǒng)的各種工況及信號(hào)的傳遞情況，并得到了系統(tǒng)各個(gè)部分在不同工況的工作狀態(tài)。系統(tǒng)各個(gè)部分的控制電路基于Intel公司的控制芯片8051單片機(jī)。根據(jù)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特性實(shí)施脈寬PWM控制，并通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速通過(guò)八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，通過(guò)軟硬件的配合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，脈寬調(diào)速系統(tǒng)，三端式穩(wěn)壓器，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)目　　錄摘要 II1概述 1 1 1 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能 2 2系統(tǒng)要求................................................................................................................................................33總體設(shè)計(jì) 44電路設(shè)計(jì) 5 5 5 7 85主要器件性能及原理 11 8051單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 11 A/ D轉(zhuǎn)換芯片 13 15 三端式穩(wěn)壓器78L05的工作原理 18 20 246程序設(shè)計(jì) 2561主程序框圖 25 INT0中斷服務(wù)程序 26 27結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 301 概 述電動(dòng)車的發(fā)展史比燃油汽車更長(zhǎng)，世界上第一輛機(jī)動(dòng)車就是電動(dòng)車。后來(lái)，由于燃油汽車技術(shù)的迅速發(fā)展，而電動(dòng)車在能源技術(shù)和行駛里程的研制上長(zhǎng)期未能取得突破，從20世紀(jì)20年代初至60 代末，電動(dòng)車的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)沉寂期。進(jìn)入70年代以來(lái)，由于中東石油危機(jī)的爆發(fā)以及人類對(duì)自然環(huán)境的日益關(guān)注，電動(dòng)車才再度成為技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。近幾十年來(lái)，主要工業(yè)化國(guó)家為電動(dòng)車的開(kāi)發(fā)投入了大量的人力和財(cái)力，電動(dòng)車的各項(xiàng)相關(guān) 技術(shù)也取得了重大的進(jìn)展。盡管電動(dòng)車在能源和行駛里程的研制方面，至今尚未取得突破性 的進(jìn)展，但是電動(dòng)車的美好前景仍然激勵(lì)著人們鍥而不舍地開(kāi)發(fā)新型電動(dòng)車，改善其性能。 現(xiàn)代電動(dòng)車的能源系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、智能化的能量管理系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、車載空調(diào)系統(tǒng)和變速系統(tǒng)，電動(dòng)車的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及未來(lái)智能化的交通系統(tǒng)的發(fā)展。，各種顯示高新技術(shù)的電動(dòng)車層出不窮，日新月異。電動(dòng)車的運(yùn)行與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。（1）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為（3~4），加速性能好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。（2）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求。（3）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)能夠在減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電動(dòng)車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)得摩托車上是不能實(shí)現(xiàn)得。（4）電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，應(yīng)具有高得效率，以提高1次充電得續(xù)駛里程。另外，還要求電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣得環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，價(jià)格便宜等。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本性能（1）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，發(fā)熱的電樞組又裝在外面的定子上，散熱容易。因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的情況下運(yùn)行。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)因其無(wú)電刷和機(jī)械換向器，不需要減速裝置，噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車中。（2）永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗，發(fā)熱的電樞組又裝在外面的定子上，散熱容易。因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的情況下運(yùn)行。由于永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而，其用途十分的廣泛，特別適合于對(duì)性能，體積重量要求很高的場(chǎng)合，如航空航天，電動(dòng)汽車，精密電子儀器與設(shè)備，工業(yè)自動(dòng)化和現(xiàn)代家用電器等領(lǐng)域。1．應(yīng)用特點(diǎn) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)之所以被廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車，是因?yàn)樗c傳統(tǒng)的有刷直流電動(dòng)機(jī)相比具有以下二方面的優(yōu)勢(shì)。（1）壽命長(zhǎng)、免維護(hù)、可靠性高。在有刷直流電動(dòng)機(jī)中，由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，電刷和換向器磨損較快，一般工作1000小時(shí)左右就需更換電刷。另外其減速齒輪箱的技術(shù)難度較大，特別是傳動(dòng)齒輪的潤(rùn)滑問(wèn)題，是目前有刷方案中比較大的難題。所以有刷電機(jī)就存在噪聲大、效率低、易產(chǎn)生故障等問(wèn)題。因此無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)很明顯。（2）效率高、節(jié)能。一般而言，因無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有機(jī)械換向的磨擦損耗及齒輪箱的消耗，以及調(diào)速電路損耗，效率通?？筛哂?5%，但考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)中的最高性價(jià)比，為減少材料消耗，一般設(shè)計(jì)為76%。而有刷直流電動(dòng)機(jī)的效率由于齒輪箱和超越離合器的消耗，通常在70%左右。 2．常見(jiàn)故障 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障通常從其三個(gè)組成部分來(lái)檢查。在不清楚故障部位時(shí)，首先應(yīng)該檢查電動(dòng)機(jī)本體，其次是位置傳感器，最后檢查驅(qū)動(dòng)控制電路。在電動(dòng)機(jī)本體中，可能出現(xiàn)的問(wèn)題是：A、電動(dòng)機(jī)繞組接觸不良，斷線或短路。會(huì)造成電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)；電動(dòng)機(jī)在某些位置能夠起動(dòng)，而在某些位置不能起動(dòng)；電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平衡。B、電動(dòng)機(jī)主磁極退磁，會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩明顯小，而空載轉(zhuǎn)速高、電流大。在位置傳感器上常見(jiàn)問(wèn)題是霍爾元件損壞、接觸不良、位置變化，都會(huì)使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩變小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使得電動(dòng)機(jī)不動(dòng)或在某一點(diǎn)來(lái)回振動(dòng)。在驅(qū)動(dòng)控制電路中最容易出現(xiàn)故障的是功率晶體管，即由于長(zhǎng)期過(guò)載、過(guò)電壓或短路使功率晶體管損壞。以上是對(duì)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障進(jìn)行的簡(jiǎn)單分析，在電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)問(wèn)題會(huì)是多種多樣的，檢查者應(yīng)注意在沒(méi)有確切把握情況時(shí)，不能隨意通電，以免造成電動(dòng)機(jī)的其他器件損壞。 2 系統(tǒng)要求2.1 電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求 　電動(dòng)車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，非常復(fù)雜。因此，對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求是很高的。 電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大，過(guò)載能力強(qiáng)、過(guò)載系數(shù)應(yīng)為(3～4)，加速性能好，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。 　電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有寬廣的調(diào)速范圍，包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足車在平坦的路面能夠高速行駛的要求?！‰妱?dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋回蓄電池，使得電汽車具有最佳能量的利用率，這在內(nèi)燃機(jī)的摩托車上是不能實(shí)現(xiàn)的。 　電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效率，以提高1次充電的續(xù)駛里程。 　另外還要求電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適應(yīng)大批量生產(chǎn)，運(yùn)行時(shí)噪聲低，使用維修方便，價(jià)格便宜等。 鑒于電動(dòng)車對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 　永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷組成的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。加之，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗：發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可以在每分鐘高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)運(yùn)行。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)車中有著很好的應(yīng)用前景。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng) 典型的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種準(zhǔn)解耦矢量控制系統(tǒng)，由于永磁體只能產(chǎn)生固定幅值磁場(chǎng)，因而永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)非常適合于運(yùn)行在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般采用電流滯環(huán)控制或電流反饋型SPWM法來(lái)完成。為進(jìn)一步擴(kuò)充轉(zhuǎn)速，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也可以采用弱磁控制。弱磁控制的實(shí)質(zhì)是使相電流相位角超前，提供直軸去磁磁勢(shì)來(lái)削弱定子繞組中的磁鏈。 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的功率范圍較小，最大功率僅幾十千瓦。永磁材料在受到振動(dòng)、高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁現(xiàn)象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中