【正文】 1eK C ??? （ 13） 從機械特性和調(diào)節(jié)特性可以看 出，無刷直流電動機與一般直流電動機一樣，具有良好的調(diào)速控制性能，可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。 圖 12 無刷電動機位置檢測及開關(guān)管驅(qū)動信號 表 12 無刷電動機直流通電控制方式開關(guān)切換表 旋轉(zhuǎn)方向 位置傳感器 逆變橋開關(guān)管驅(qū)動信號 A B C T1 T2 T3 T4 T5 T6 正轉(zhuǎn) 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 反轉(zhuǎn) 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 無刷直流電動機的運行特性 機械特性 無刷直流電動機的機械特性為： 22 2 2 2S T a s T ee e e tU U rI U U rnTC C C C? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? （ 11） UT開關(guān)器件的管壓降 Ia電樞電流 Ce電機的電動勢常數(shù) 每級磁通量 可見無刷直流電動機的機械特性與一般直流電動機的機械特性表達式相同，機械特性較硬。 理論上，只要保證三個位置傳感器在空間上互差 120度，開關(guān)管的換流時刻總是可以推算出來的?？梢?，電機有 6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時間對應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 120電角度 。此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。我們知道， I 可以通過改變電壓進行改變，而我們常提到的 PWM 控制也就是用來調(diào)節(jié)電壓 波形 的常用方法，這里我們也就是用 PWM 控制來進行電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的。 要讓電機轉(zhuǎn)動起來，控制部就必須根據(jù)電機轉(zhuǎn)子目前所在位置（霍爾傳感器感應(yīng)位置或計算位置），依照定子繞線決定開啟 (或關(guān)閉 )換流器中功率器件 (MOSFET/IGBT 等 )的順序，使電流按序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向 (或逆向 )旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。 由于電機在正常工作時對電源的干擾很大，只用一組電源時會影響 單片機 的正常工作。 12 腳接輸入控制電平， 控制電機 的正反轉(zhuǎn)， ENA， ENB 接控制 使能端 ， 控制電機 的停轉(zhuǎn)。 L298N是 SGS 公司 的產(chǎn)品，內(nèi)部包含 4 通道邏輯 驅(qū)動電路 。 基于 ARM9 的直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計 徐迎夏 機電一體化 高起專 2020 春季 137163210041 畢業(yè)設(shè)計主題意義 直流電機是常用的動力提供原件，在日常生活中占據(jù)著十分重要的地位，研究直流電機的速度控制，有十分重要的意義。 直流電動機可以通過交流電源驅(qū)動，根據(jù)直流電動機的定子結(jié)構(gòu)。利用單片機控制系統(tǒng)，可以降低系統(tǒng)成本，節(jié)約人力資源，提高工作效率?；?ARM9 的直流電機控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 直流電動在現(xiàn)在生活中的各個方面越來越廣泛的應(yīng)用，直流電機的速度控制是保護電機應(yīng)用的一個重要技術(shù)?；趩纹瑱C的數(shù)字控制電機速度控制系統(tǒng)，是一種電氣傳動 的主要發(fā)展方向，該調(diào)速系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高的優(yōu)點，操作維修方便。通常說的“直流電機”是指一個馬達碳刷換向器，高效電機，速度和開放，因此在重量或尺寸相同的條件下，利用高速動力性得到幾次在交流電機，因此被廣泛應(yīng)用于便攜式電動工具是對的尺寸和重量非常敏感。對于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有穩(wěn)速、調(diào)速、加速或減速三個 方面，而在工業(yè)生產(chǎn)中對于后兩個要求已能很好地實現(xiàn)，但工程應(yīng)用中穩(wěn)速指標卻往往不能達到預(yù)期的效果，穩(wěn)速要求即以一定的精度在所需要的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，在各種干擾不允許有過大的轉(zhuǎn)速波動。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全 橋式 驅(qū)動器，接收標準 TTL 邏輯電平 信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機。 1298 的邏輯功能如表 1 所列。所以選用 雙電源供電 。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率器件，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率器件。通過 單片機 輸出一定頻率的 方波 ， 方波 的 占空比 大小絕對平均電壓的大小，也決定了電機的轉(zhuǎn)速大小 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 1．無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩分析 電機本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號，控制動信號經(jīng)驅(qū)動電路隔 離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機的各相繞組按一定的順序工作。 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過 60電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開關(guān)管的導通邏輯為 T T6— T T2— T T2— T T4— T T4— T T6— T T6。無刷直流電動機的這種工作方式叫兩相導通星型三相六狀態(tài)，這是無刷直流電動機最常用的一種工作方式。然而，為了簡化控制電路，每個霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準點（ r0=00）上 .那么在 r0=00的控制條件下， A相繞組開始通電的時刻（即該相反電勢相位 30度位置）恰好與 A相位置傳感器輸出信號 A的電平跳變時刻重合，此時應(yīng)將 T1開關(guān)管驅(qū)動導通。在不同的供電電壓驅(qū)動下，可以得到如 13圖所示機械特性曲線簇。但不能通過調(diào)節(jié)勵磁調(diào)速，因為永磁體的勵磁磁場不可調(diào)。自 20世紀 90年代以來，隨著人們生活 水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機器人等設(shè)備都越來越趨向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機必須具有精度高、速度快、效率高等特點，無刷直流電機的應(yīng)用也因此而迅速增長。目前無刷直流電機的應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用。 無轉(zhuǎn)子位置傳感器運行實際上就是要求在不采用機械傳感器的條件下，利用電機的電壓和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置 . 目前比較成熟的無轉(zhuǎn)子位置傳感器運行方式有： 1 反電動勢法 —— 包括直接反電動勢法、間接反電動勢法以及派生出來的反電動勢積分法等。 （ 1）轉(zhuǎn)矩脈動控 制。 隨著信息技術(shù)和控制理論的發(fā)展，在運動控制領(lǐng)域中，一個新的發(fā)展方向就是先進控制理論，尤其是智能控制理論的應(yīng)用。 第 2 章 無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計方案 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成 無刷直流電動機 (Brushless DC Motor,簡稱 BLDCM)是一種典型的機電一體化產(chǎn)品 ,它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機 .位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置信號 ,控制器對轉(zhuǎn)子位置信號進行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號 ,開關(guān)信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關(guān)器件 ,將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動 機定子各相繞組 ,使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩 . 現(xiàn)對無刷直流電動機各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。由于無刷直流電動機的電機本體為永磁電機，所以無刷直流電動機也稱為永磁無刷直流電動機。 無刷直流電動機定子繞組的相數(shù)可以有不同的選擇，繞組的連接方式也有星形和角型之分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。適當?shù)靥岣呃@組利用率將可以使同時通電的導體數(shù)增加，使電阻下降，效率提高。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的脈動越??；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉(zhuǎn)矩脈動小。因此，目前 以星形連接三相橋式主電路應(yīng)用最多。轉(zhuǎn)子位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。 無機械式位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測是通過檢測和計算與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的物理量間接地獲得轉(zhuǎn)子位置信息，主要有反電動勢檢測法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測法、定子三次諧波檢測法和瞬時電壓方程法等。 （ 4）實現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。這種方案可以降低設(shè)備投資，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。產(chǎn)生 PWM脈寬調(diào)制信號，實現(xiàn)電機的調(diào)速 。 目前，市場上常用的電動自行車無刷直流電機控制器主要采用專用集成電路為主控芯片，像 MOTOLORA公司研制的專用集成電路 MC33035，其針對無刷電機的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內(nèi)，一般該類控制器稱為模擬式控制器，其工作原理是用電子裝置代替電刷控制電機線圈電流換向，根據(jù)電機內(nèi)的位置傳感器(霍爾傳感器 )信號，決定換相的順 序和時間，從而決定電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。但是這些專用芯片價格昂貴，外圍電路設(shè)計復(fù)雜，在廣大的民用市場無法大規(guī)模推廣應(yīng)用。但是由于無位置傳感器控制 方法在低速時無法實現(xiàn)精確的速度調(diào)制，所以現(xiàn)階段在電動車領(lǐng)域只是處于研究階段，無法推廣到工業(yè)生產(chǎn)當中。自舉電路由分立器件構(gòu)成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅(qū)動集成電路。與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨立調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號，是一個“自控式逆變器”。 表 31 對 IGBT、 GTR、 GTO 和電力 MOSFET 的優(yōu)缺點的比較 器 件 優(yōu) 點 缺 點 IGBT 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小 開 關(guān) 速 度 低 于 電 力MOSFET,電壓，電流容量不及 GTO GTR 耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低 開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次 擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低 電 力 MOSFET 開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單，工作頻率高，不存在二次擊穿問題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW 的電力電子裝置 通過上述的比較，我選擇 MOSFET。 (2) IR2110 主要功能及技術(shù)參數(shù) IR2110 采用 CMOS 工藝制作 ,邏輯電源電壓范圍為 5 V～ 20 V ,適應(yīng) TTL 或CMOS 邏輯信號輸入 ,具有獨立的高端和低端 2 個輸出通道。兩路通道均帶有滯后欠壓鎖定功能。邏輯電路為兩路輸出提供相應(yīng)的控制脈沖。同樣，當 VBS低于規(guī)定的 欠電壓點時，欠電壓檢測電路也會使高端輸出中斷。當 Vs為 500V或接近 500V時，高端功率