【正文】 程序的設(shè)計概況 該程 序在設(shè)計的過程中 , 首先要上電復(fù)位 , 然后初始化時鐘和中斷源 , 再打開中斷 , 當(dāng)檢測到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時 , 將該電壓經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換后按算法計算出 PWM的占空比輸出 PWM波。 3. 過流保護 過流保護電路可以對 MOSFET進行保護，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達到閥值時關(guān)閉電機，避免了 MOSFET上通過大電流燒毀的危險。同時。當(dāng)電機體積較小、位置傳感器難以安裝時或電機工作在惡劣環(huán)境中以致于位置傳感器工作的可靠性難以保證時，這種無位置傳感器的永磁無刷直流電機更 顯示出其獨特的優(yōu)越性。由于這種傳感器過于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。 第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙表面或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變器工作。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有 27 兩種方式。 一、 在無刷直流動機中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器 轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無刷直流電機的關(guān)鍵部件。 GAL 有如下優(yōu)點： 1. 具有電可擦除的功能，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點，其可改寫的次數(shù)超過 100次； 26 2. 由于采用了輸出宏單元結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)需要進行組態(tài)，一片 GAL 器件可以實現(xiàn)各種組態(tài)的 PAL 器件輸出結(jié)構(gòu)的邏輯功能，給電路設(shè)計帶來極大的方便； 3. 具有加密的功能，保護了知識產(chǎn)權(quán)； 4. 在器件中開設(shè)了一個存儲區(qū)域用來存放識別標(biāo)志 —— 即電子標(biāo)簽的功能。串行數(shù)據(jù)輸入端（ A， B）可控制數(shù)據(jù)。因此電動自行車閘把上應(yīng)該有閘把位置傳感元件，在捏制動 把時，將制動信號傳給控制器， 電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動電流，使功率截止，停止供電。 CCP(捕捉輸入 /比較輸出 //PWM輸出 )模塊是 PIC16F72芯片的重要組成部分，它有 3種工作方式 :捕捉方式、輸出比較方式和脈寬調(diào)制方式。上電定時器，保障工作電壓的穩(wěn)定建立 高驅(qū)動電流， I/O腳可直接驅(qū)動數(shù)碼管 (LED)顯示每個 I/O引腳最大灌電 25mA。 二、 PIC16F72單片機管腳排列及功能定義 圖 34 PIC16F72單片機管腳圖 1. MCLR:清除（復(fù)位）輸入。 RISC技術(shù)并非只是簡單地去減少指令，而是著眼于如何改善計算機的結(jié)構(gòu)，更加簡單合理地提高計算機的運算速度。PIC單片機以其獨特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計，逐漸被廣大工程設(shè)計人員接受Microchip公司是一家集開發(fā)、研制和生產(chǎn)為一體的專業(yè)單片機芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的思路，具有很強的技術(shù)特色。通過對該系統(tǒng)分析， 8位 單片機可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。高抗噪聲平移位電路將邏輯信號送到輸出驅(qū)動級。 表 32 IR2110 工作參數(shù) 參數(shù) 最小值 / V 最大值 / V VB VS + 10 VS + 20 VS 4 500 HO VS VB VCC 10 20 LO 0 VCC VDD VCC + 4. 5 VCC + 20 VSS 5 + 5 HIN ,SD ,LIN VSS VDD 3. IR2110內(nèi) 部功能如圖 32所示： 17 圖 32 IR2110內(nèi)部框圖 LO （引腳 1） :低端輸出 COM（引腳 2） :公共端 Vcc（引腳 3） :低端固定電源電壓 Nc （引腳 4） :空端 Vs （引腳 5） :高端浮置電源偏移電壓 VB (引腳 6) :高端浮置電源電壓 HO （引腳 7） :高端輸出 Nc （引腳 8） :空端 VDD（引腳 9） :邏輯電源電壓 HIN（引腳 10） :邏輯高端輸入 SD （引腳 11） :關(guān)斷 LIN（引腳 12） :邏輯低端輸入 Vss（引腳 13） :邏輯電路地電位端，其值可以為 0V Nc （引腳 14） :空端 功能概述 IR2110驅(qū)動器將邏輯輸入信號送到相應(yīng)的低阻抗輸出。 2 / 301 Idt?? ?? ，通過計算可得 I=， 額定電壓 UH=36V ，峰值電壓應(yīng)有一個百分之 40 的余量所以 UM=UH*=36*= 通過以上計算，可得出選擇的 MOSFET峰值電流為 25A,峰值電壓為 50V。 4. 周邊輔助、保護電路 主要有電流采樣電路、電壓比 較電路、過電流保護電路、調(diào)速信號和制動信號等輸入電路。在有位置傳感器的控制方法中，現(xiàn)今，由于霍爾傳感器性價比高，安裝方便，被廣泛應(yīng)用作為無刷直流電機的位置傳感器。 控制器是電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)，它是電動自行車的大腦。在電機轉(zhuǎn)速控制方面，絕大多數(shù)場合數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已取代模擬調(diào)速系統(tǒng)。但是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，限制了無刷直流電動機的應(yīng)用范圍，對電機的制造工藝也帶來了不利的影響。 相數(shù)越多，逆變器電路使用的開關(guān)管越多，成本越高。綜合以下三個指標(biāo)有助于我們做出正確的選擇： 1. 繞組利用率。原直流電動機的電刷和機械換向器被逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器所代替。減小轉(zhuǎn)矩脈動是提高無刷直流電動機性能的重要方面。 轉(zhuǎn)子位置傳感器是整個驅(qū)動系統(tǒng)中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，而且降低 系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時還需要占據(jù)一定的空間位置。 圖 15 工作特性 在輸出額定轉(zhuǎn)矩時 ,電機效率高、損耗低是無刷直流電動機的重要特點之一。 本設(shè)計選用的是三相無刷永磁直流電動機，其額定電壓 UH=36V,電樞額定電流IaH=,電樞峰值電流 IaP? 15A,額定轉(zhuǎn)速 nH=350r/min,額定功率 PH=250W。 4 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過 60電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。電樞產(chǎn)生的熱量消散在氣隙內(nèi)，這樣增加了氣隙溫度，從而限制了輸出功率 /外形尺寸之比 轉(zhuǎn)自慣量 低。 隨著人們對無刷直流電動機特性了解的日益深入，無刷直流電動機的理論也逐漸得到了完善。 致謝 ..................................................................................................................................... 36 參考文獻 ............................................................................................................................. 37 1 第 一 章 概 述 第一節(jié) 無刷直流電動機的發(fā)展概況 無刷直流電動機是在有刷直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這一淵源關(guān)系從其名稱中就可以看出來?，F(xiàn)階段，雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動機正受到普遍的關(guān)注。為了取代有刷直流電動機的機械換向裝置，人們進行了長期的探索。 1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國金屬加工設(shè)備展覽會上， SIEMENS和 BOSCH兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動器，引起了國內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意，自此 國內(nèi)掀起了研制開發(fā)和技術(shù)引進的熱潮。 圖 11 無刷直流電動機工作原理示意圖 如圖 11所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時針）到圖 a所示的位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使 T T6 導(dǎo)通，即 A、 B兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng) T1流入 A相繞組，再從 B相繞組流出，經(jīng) T6回到電源的負極，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。 二、 無刷直流電動機與輸出開關(guān)管換流信號 無刷直流電動機的位置一般采用三個在空間上相隔 120電角度的霍爾位置傳感器進行檢測，當(dāng)位于霍爾傳感器位置處的磁場極性發(fā)生變化時，傳感器的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個霍爾傳感器位檢測元件的位置在空間上各差 120電角度，因此從這三個檢測元件輸出端可以獲得三個在時間上互差 120度、寬度為 180度的電平信號，分別用 A、 B、 C來表示，如圖 12所示，以信號 A為例 ， A相位置寬度為 180電導(dǎo)角：在 060度， T1必須導(dǎo)通，故 T1狀態(tài)為 1，而 C相還剩下 60度通電寬度，所以此段時間為 T1和 T6等于 1，（此時下部可供導(dǎo)通的管子為 T T6和 T2，而為避免橋臂直通， T4不能導(dǎo)通；T2的導(dǎo)通時間未到，故只能是 T6導(dǎo)通）；而在 60度 — 120度，此時只有 A相通電， B和 C相處于非導(dǎo)電期，故導(dǎo)通的開關(guān)管為 T1和 T2（ T1和 T2等于 1），其中 T2是為 B相導(dǎo)電作準(zhǔn)備；而在 120度 — 180度時，由于 每一相只有 120電導(dǎo)角導(dǎo)電時間，故此時 T1關(guān)斷（ T1=0）， T2仍然導(dǎo)通（ B相開始進入導(dǎo)電 期），此時可知， T1關(guān)斷， T5不能開通（防止橋臂直通），則此時只能開通 T3，所以 T3信號此時間段為 1。 圖 13 機械特性曲線簇 當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時，流過開關(guān)管和電樞繞組的電流很大，這時，管壓降隨著電流增大而增加較快，使在電樞繞組上的電壓 有所減小，因而圖所示的機械特性曲線會偏離直線，向下彎曲。尤其在節(jié)能已成為時代主題的今天，無刷直流電機高效率的特點更顯示了其巨大的應(yīng)用價值。 2. 定子三次諧波檢測法。目前，專家系統(tǒng)、模糊邏輯控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三個最主要的理論和方法。 定子的結(jié)構(gòu)與普通同步電動機或感應(yīng)電動機相同，鐵心中嵌有多相對稱繞組。從這個角度來看，三相繞組優(yōu)于四相和五相繞組。 三、 位置檢測器 位置檢測器的作用是檢測轉(zhuǎn)子磁極相對與定子繞組的位置信號，為逆變器提供正確的換相信息。 四、 控制器 控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能： 1. 對轉(zhuǎn)子位置檢測器輸出的信號、 PWM調(diào)制信號、正反轉(zhuǎn)和停車信號進行邏輯綜 11 合，為驅(qū)動電路提供各開關(guān)管的斬波信號和選通信號，實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)及停車控制。另一種是以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)的缺點是智能性差，保護措施有限，系統(tǒng)升級空間小。 二、 無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成框圖 基于一部分的考慮 ,可繪出無刷直流電動機控制系統(tǒng)框圖 ,如圖 21所示 : 圖 21 電動機驅(qū)動控制框圖 13 1. 微控制器 主要功能是根據(jù)電動機旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個輸出信號，將它們處理成功率驅(qū)動單元的六個功率開關(guān) 器件所要求的驅(qū)動順序。由于采用自控式逆變器，無刷直流電動機輸入電流的頻率和電機轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電動機的重要優(yōu)點之一。由于邏輯信號均通過電平耦合電路連接到各自的通道上 ,容許邏輯電路參考地 (USS) 與功率電路參考地 (COM) 之間有 5 V和 + 5 V 的偏移量 ,并且能屏蔽小于 50 ns 的脈沖 ,這樣有較理想的抗噪聲效果。 HO和 LO輸出分別與 HIN和 LIN輸 入同相位。輸出驅(qū)動 MOSFET接成源極跟隨器，另一只 18 輸出驅(qū)動 MOSFET接成共源極電路，高端的脈沖發(fā)生器驅(qū)動 HV電平轉(zhuǎn) 化器并觸發(fā) RS閂鎖置位或復(fù)位。 2. 安全因素。 PIC系列單片機具有高，中，低 3個檔次，可以滿足不同用戶開發(fā)的 需求，適合在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。 5. 功耗低 由于 PIC系列單片機采用 CMOS結(jié)構(gòu)，使其功率消耗極低。 電池欠壓信 號：電池電壓經(jīng)分壓后接單片機管腳 3。 8位定時器 /計數(shù)器 TMRO，帶 8位預(yù)分頻 內(nèi)置自振式 (RC振蕩 )看門狗 五、 時鐘電路 如圖 35所示，單片機的 10腳外接 16Mhz晶體。同時也有少數(shù)高檔車采用霍爾元件做開關(guān)，剎車時輸出高電平給控制器，實現(xiàn)剎車斷電功能，即高電位剎車，也稱之為電子剎把。 引出端符號 CLOCK ： 時鐘輸入端 。按照霍爾器件的功能可將它們分為 :霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。轉(zhuǎn)子位置傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)為：輸出信號的幅值、精度，響應(yīng) 速度，工作溫度，抗干擾能力，損耗，體積重量，安裝方便性以及可靠性等。電角度，永磁體的極弧寬度為 180176。 圖 312 霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu) 2. 電磁式位置傳感器 電磁式位置傳感器的定子由磁芯、高頻激磁繞組和輸出繞組組成。遮光盤處于發(fā)光二極管和光敏三極管中間，盤上開有一定 角度的窗口。 二、 霍爾器件在無刷直流電機中的應(yīng)用 當(dāng)霍爾傳感器用作無刷直流電機轉(zhuǎn)子位置信息檢測裝置時，將其安放在電機定子的適當(dāng)位置，霍爾器件的輸出與控制部分相連。 電流采樣方式可采取直接采樣兩相電流的方法或采樣直流母線電流的方法。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。欠壓檢測是根據(jù)需要設(shè)定欠壓值 , 然后采樣當(dāng)前電源電壓 , 若電壓低于設(shè)定值 ,則關(guān)閉輸出 , 相反 , 則進行限流保護檢測。 二、 啟動 理論上講 , 轉(zhuǎn)子位置過磁場換相臨界點時 , 電流換相的速度越快越好