【正文】 中，辛經(jīng)理和同事們對我提出了許多中肯的意見，最后的制板也是在辛經(jīng)理的直接幫助下完成的。在后期研究當中可以采用算法優(yōu)化濾去高次諧波，以減少電機的發(fā)熱量。 [在此處鍵入 ] 45 (2) 本設計為速度開環(huán)控制，如果能采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制， 則 能獲得更好的調(diào)速精度和更強的帶載能力。 (4) 輸出電流： 2A (5) 輸出功率： 24W。輸出頻率最大值可以根據(jù)實際情況加大，但由于單片機運算速度有限，要增加最高頻率必須采取其他措施 。 [在此處鍵入 ] 44 第 7 章 結論與展望 設計結論 本設 計在理論基礎上結合實踐，設計了一種基于 LS052AX 單片機 的SPWM 電壓源型 變頻器 ， 用以控制電機的開環(huán)啟動。 c. 死區(qū)波形 本次設計采用的是雙極性調(diào)制，為防止 MOS 管同一橋臂同時導通，本次設計加入死區(qū)時間，理論設計死區(qū)時間為 542ns，如圖 610 所示，從實際輸出波形看來，實際輸出波形符合理論設計，且沒有影響逆變器電壓輸出。 如圖 68 所示是：（ a）中頻時 N=33 單片機發(fā)出的實際波形，（ b）中頻時 N=33 單片機發(fā)出的 SPWM 波形仿真。 如圖 63（ a）所示，當頻率比較低時，載波比 N=63 時逆變電路輸出電壓波形 ，（ b） 為此時的仿真波形 （ a） N=63 低頻時你變輸出電壓波形 （ b）仿真波形 圖 63 逆變輸出電壓波形 [在此處鍵入 ] 38 （ a）中 頻時 N=33 輸出電壓波形 （ b）中頻時輸出電壓波形 仿真 圖 64 中頻時輸出電壓波形 （ c）高頻時輸出電壓波形 （ d）輸出電壓仿真波形 圖 65 逆變電路輸出電 壓波形 從輸出波形中可以看出，無論是低頻、中頻還是高頻，輸出電壓都能很好的保持 “品 ”字波形而沒有變形， 與仿真波形一致， 并且兩 相 電壓相差 120 度，相位也沒有問題。 由于本系統(tǒng)采用了分段同步調(diào)制，電機的啟動過程相對平滑，由于沒有初始定相，電機在最開始啟動時可能會有點抖動，之后啟動平滑轉(zhuǎn)速迅速升高至最高速，順利遷入同步運行。 [在此處鍵入 ] 36 圖 61 程序編譯結果 系統(tǒng)測試結果 電路板接上電機測試結果 本次設計的實質(zhì)是設計實現(xiàn)基于 LS 單片機的變頻器。在不斷的調(diào)試過程中，我總結了一些經(jīng)驗：軟件調(diào)試可以采用跟硬件調(diào)試相同的方法，分模塊調(diào)試，針對軟 件當中的某一個具體功能單個調(diào)試。以電源模塊為例進行說明。如圖 57 所示為中斷服務程序的流程圖。 死區(qū)單元的配置 死區(qū)單元主要用與控制每個比較單元相關的 2 路 PWM 輸出不在同一事件內(nèi)發(fā)生，從而保證了所控制的一對正向和負向設備在任何情況下不同時導通。 a. 定時器的計數(shù)方式 本次設計定時器的計數(shù)方式是增減技術方式，在這種方式下，通過全比較單元可以很容易實現(xiàn)對稱 PWM 波形的生成，并且，在這種計數(shù)方式下，相同周期 下寄存器賦值可減小一半。從主流程圖中可以看出，軟件 部分 的主要任務是 按恒壓頻比控制方式生成 SPWM 波 。另外，為了使輸出一相波形正負半周嚴格對稱，載波比還應滿足 3 的整數(shù)倍且為奇數(shù)。載波比既不能太高，也不能太低。 綜合以上考慮，本次設計采用 分段 同步調(diào)制。然后，由于正負半周會出現(xiàn)不對稱的情況，因而輸出波形會出現(xiàn)偶次諧波。而高次諧波會 在電機 上 產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。 b. 同步調(diào)制和異步調(diào)制 根據(jù) 載波信號三角波 cU 和調(diào)制信號 正弦波 Ur 的頻率關系，又可將SPWM 調(diào)制方式分為同步調(diào)制 和異 步調(diào)制兩 種方式。 這種調(diào)制方式下，同一相橋臂的上下兩個 MOS 管輪流開通關斷。 表 51 部分正弦表及比較值 [在此處鍵入 ] 28 調(diào)制方式選擇 a. 單極性和雙極性 SPWM 調(diào)制 方式 可分為單極性 調(diào)制方式 和雙極性 調(diào)制 方式 兩種。可以看出，用這種規(guī)則采樣法得到的脈沖寬度 和 用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近 。 (2) 規(guī)則采樣法 [在此處鍵入 ] 26 規(guī)則采樣法 是一種應用較廣的工程實用方法，其效果接近自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。當調(diào)制波幅值大于載波三角波的幅值時， MOS 管開通；當調(diào)制波幅值小于載波三角波的幅值， MOS 管關斷。由于控制器的發(fā)展很快，其運算速度不斷提高，使得生成 SPWM 波形變 得比較容易，因此，軟件生成法 也就被主泛應用到實際中 。該芯片不需要控制器配合就可以產(chǎn)生 SPWM。其一，可以用分立元件搭建。 SPWM 調(diào)制技術的思想是：采用等腰三角波作為載波信號，用正弦波作為調(diào)制信號。第二 部分 是 是針對中斷當中能實時修改占空比和周期所研究的一些策略，硬件方面提高晶振頻率以縮短機器周期，軟件方面采用分段同步調(diào)制的方法解決了實時性的問題。 [在此處鍵入 ] 24 第 5 章 系統(tǒng)軟件設計 系統(tǒng)軟件總體設計 本設計的軟件 部分 設計分模塊進化設計，這樣以 模塊化 的思想 節(jié)省開發(fā)時間，減小了軟件調(diào)試的工作量。 IR2101 主要特性包括：懸浮通道電源采用自舉電路；功率器件柵極驅(qū)動電壓范圍 10～ 20 V；邏輯電源范圍 5～ 20V，且邏輯電源地和功率地之間允許 +5V的偏移量；獨立的低端和高端輸入通道。總體框圖如圖 41 所示： LS 0 5 2 AX6 路 P W M 波形驅(qū)動電路 逆變電路12v直流電源M降壓為 10 v降壓為 5 v圖 41 系統(tǒng)總體框圖 電源模塊設計 直流電源采用常用的 12v 電源模塊，經(jīng)過兩個降壓芯片 7815 和 7805降壓分別得到 5v 直流給單片機供電，和 10v 直流給驅(qū)動電路供電，同時12v 直流電作為逆變電路的直流側(cè)電壓源。實際上仿真中采用的方法是嚴格的自然采樣法，這種方法生成 SPWM是最接近理想值得，然而在實際中用單片機發(fā)出 SPWM 波形是采用規(guī)則采樣法。 [在此處鍵入 ] 18 38（ a） N=21 時三相電流波形 38（ b） N=21 時三相電流波形 FFT 分析 如圖 39（ a）所示為電機三相電壓仿真波形 ，可以看出，輸出波形形狀良好， 相比變得更為稀疏 。 [在此處鍵入 ] 16 圖 35（ a） N=33 時電機三相電流波形 圖 35（ b） N=33 時電機三相電流波形 FFT 分析 如圖 36 所示為電機三相電壓仿真波形， 可以看出，輸出波形相比變得稀疏，波 形仍為“品”字波形 ，相位保持不變 。 圖 32（ a）電機三相電流波形 圖 32（ b）電機三相電流波形 FFT 分析 如圖 33 所示為電機三相電壓仿真波形， 可以看到， 輸出波形和理論分析一致為“品”字波形 且三相 電壓互差 120 度 。 這種方法是利用逆變器產(chǎn)生 頻率逐漸增加的三相互差 120 度的交流電壓，三相交流電加在電機定子繞組上產(chǎn)生三相正弦電流進而在電機部產(chǎn)生內(nèi)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，此圓形旋轉(zhuǎn)磁場與電機轉(zhuǎn)子永磁體所產(chǎn)生的磁場互相作用帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，最終達到電機的同步運行。 缺點： (1) 如反電勢法等轉(zhuǎn)子位置檢測方法在低速時檢測準確度都不高，需要其他方法輔助電機起動； (2) 由于各種濾波、比較電路引起的相位延遲必須在算法中加以補償，所以算法編程難度較大； (3) 由于架構了轉(zhuǎn)子位置檢測電路，所以增加了硬件的復雜性。容量在數(shù)百瓦以下的小容量方波型無刷直流電機常用的霍爾 位置傳感器的成本相對于電機本體來說所占比例比較大； (3) 傳感器的輸出信號易受到干擾。為此，國內(nèi)外的研究人員進行了大量的研究工作，提出了很多種位置信號檢測方法，大多是利用檢測定子電壓、電流等容易獲取的物理量進行轉(zhuǎn)子位置的估算，其中較為成熟的有 : 反電勢過零點檢測法 , 反電勢 3 次諧波積分法 , 續(xù)流二極管法 等 [2]。 ? 新型體系結構－ L 結構 [在此處鍵入 ] 9 ? 3 核并發(fā)處理引擎，可并發(fā)執(zhí)行 3 道程序 ? 指令兼容 MCS51 ? 每個指令周期為 6 個 時鐘周期 ? 2～ 64KB 內(nèi)部 Flash 程序存儲器， 20200 次擦寫周期 ? 2～ 16KB 內(nèi)部 SRAM ? 寬電壓： ～ 工作電壓 ? 0Hz～ 40MHz 工作頻率 ? 兩級程序存儲器加密機制 ? 36 個可編程 I/O 端口， 20mA 吸入電流，可直接驅(qū)動 LED ? 2 級中斷機制 ? 16 個中斷源， 2～ 4 個外部中斷 ? 4 個 16 位定時器 /計數(shù)器 ? 2 個全雙工 UART 通信端口 ? 空間矢量 PWM(SVPWM), 3 相雙向 6 路， 1 路啟?？刂? ? 4/8 路 10 位精度 ADC，轉(zhuǎn)換速率 200KBPS ? 1 個可編程看門狗 ? 支持自編程功 能 ? SPI 編程接口 ? 溫度范圍：－ 45 ℃～＋ 85℃ 本次設計選用該芯片的緣由 本次設計的控制芯片是 由 xxx 有限公司提供的， 該公司是 LS 系列芯片的西北代理，該公司經(jīng)理介紹，這款芯片是一款 51 內(nèi)核的 8 位單片機，但其性能遠遠超越 51 單片機，在某種程度上可以和 DSP 等控制芯片媲美，可以滿足本次設計的要求，更重要的是它的價格很低，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。空閑方式 1 僅停止 CPU 的工作，但維持 SRAM、定時器 /計數(shù)器、串行通信口等外設機制繼續(xù)工作；空閑方式2 停止振蕩器工作，切斷片內(nèi)所有 時鐘， SRAM 中的內(nèi)容維持不變。 [在此處鍵入 ] 8 控制系統(tǒng)的控制芯片選型 LS 芯片簡介 本次設計采用長沙柯珞微電子科技有限公司生產(chǎn)的 LS052Ax 系列MCU（單片機），該單片機是該公司設計、生產(chǎn)的高性能 8 位系列 MCU，其指令系統(tǒng)與 MCS51 兼容，內(nèi)部功能、引腳功能、引腳排列以及引腳的電氣特性與 AT89S52 基本兼容。因為反饋無功能量時電流并不反向，因此不必想電壓型逆變電路那樣給開關器件反并聯(lián)二極管。直流側(cè)基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。 b. 電流型逆變電路 如圖 23 所示為三相電流型逆變電路拓撲圖，這種電 路的基本工作方式是 120o 導電方式。 (2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且去負載阻抗角無關?？赡苁巧厦嬉粋€橋臂，下面兩個橋臂，也可能是上面兩個橋臂，下面一個橋臂。 [在此處鍵入 ] 5 無刷直流電機參數(shù) 本次設計所采用的無刷直流電機為三相八極電機。由于電樞的換相作用，使得這兩個磁場的方向在直流電動機運行的過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動電動機不停的運轉(zhuǎn)。 c. 電子換相 當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感 器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號，去控制電子開關線路，從而使定子各相 繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。本次設計采用的電機定子為三相，轉(zhuǎn)子為 8 極。綜上所述，無刷直流電機由電機本體，轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換相線路三大部分組成，如圖 21 所示 [3]。 [在此處鍵入 ] 3 第 2 章 系統(tǒng)總體方案論證 控制對象分析 無刷直流電機結構 無刷直流電機是一種自控變頻的永磁同步電機，就其組成結構而言，它具有旋轉(zhuǎn)的磁場和固定的電樞。 [在此處鍵入 ] 2 本畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容 本次畢業(yè)設計在首先認真分析了無刷 直流 電機的結構，了解了它的控制方法，并對不同的控制方法做了對比，結合 LS 單片機的性能，并充分考慮控制器低成本的要求，最終重點研究了基于 LS 單片機的 SPWM 變壓變 頻起動的原理和實現(xiàn)方法。選擇該課題 進行研究的目的和意義在于：在解決生產(chǎn)生活實際中問題的同時，培養(yǎng)自己獨立從事技術開發(fā)和科學研究的能力。 the DC bus voltage is 12V。 關鍵詞： 無刷直流電機， LS052Ax 單片機， SPWM 脈寬調(diào)制，低成本[在此處鍵入 ] ii Abstract In order to solve the problem of heat dissipation of the vehicle engine under different temperature conditions, ensuring the normal use of the vehicle engine, electric fan is the best choice. This paper aims to study a kind of lowcost brushless DC motor controller. This paper mainly studies the brushless DC motor (PMSM) control strategy and its realization method aimi