【正文】 =30176。這樣，電動機所產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩 Ta 最大，可改善電動機的動態(tài)特性和效率。m 2)， GD2=4gJ（ J 是轉(zhuǎn)動慣量） ，其所在的方程式為電動機單軸系統(tǒng)的運動方程式；上述方程組經(jīng)過拉普拉斯變換后可以得到： 從而可以得到直流無刷電動機的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下： 直流無刷電動機控制電路設(shè)計 第 12 頁（共 37 頁） 圖 19動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 從而求出其傳遞函數(shù)為： 其中， KI 是電動機的電動勢傳遞系數(shù)， KI=1/KE； Kτ 是轉(zhuǎn)矩傳遞系數(shù)， Kτ=R／ KEKT）； Te是電磁時間常數(shù)， Te=RGD2（ 375KEKT）。工作時，控制器根據(jù)位置傳感器測得的電機轉(zhuǎn)子位置有序的觸發(fā)驅(qū)動電路中的各個功率管，進行有序換流，以驅(qū)動直流電動機 無刷直流電動機用一套電子換向裝置代替了有刷直流 電動機的機械換向裝置 ,保留了有刷直流電動機寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能 ,同時又克服了有刷直流電動機機械換向帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等一系列缺點。 (3)發(fā)熱的繞組安放在定子上 ,有利于散熱 ,便于溫度監(jiān)控 ,易得到較高功率密度。 (1)電驅(qū)動系統(tǒng)中的應(yīng)用。光機電一體化技術(shù)和信息技術(shù)作 為 20 世紀末誕生的“高新技術(shù)”必將在到來的新世紀里獲得更加快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。而永磁直流無刷電動機就是這種產(chǎn)品 的典型之一?？衫L出無刷直流電動機控制系統(tǒng)框圖 : 微控制器（單片機） 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。La Lb LcV F 3V F 2V F 1U1H1H2H3 圖 3— 2 三相半控電路 圖 3— 2中， L L L3 為電動機 A、 B、 C三相繞組； VF VF VF3 為 3 個大功率 MOSFET 管，主要起開關(guān)作用； H H H3 為來自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號。他們的通電方式有三三通電方式和兩兩導通方式兩種 ,下面重點介紹兩兩導通方式。當 VF1VF2通電時，電流從 VF1流入，分別通過 A相繞組和 B， C兩相繞組，再從 VF2管流出。 如果采用軟件換相，單片機要不斷地執(zhí)行換相操作，才能使電動機轉(zhuǎn)動下去，同時還要監(jiān)控用戶界面，控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向操作，因此負擔很重，故本系統(tǒng)中采用專用集成電路芯片 LM621來完成換相工作。輸出端直接驅(qū)動雙極型功率管（可提供 35mA 基極電流）或 MOSFET 功率器件 178?？刂扑绤^(qū)功能，高電平有效。三相電動機傳感器空間間距 30176。引腳 1 1 13（ CURRENT SOURCE OUT)：灌電流輸出端。 采用 DSP (數(shù)字信號處理器 )控制方案 為了 使電動機控制系統(tǒng)既可以適用于一般的應(yīng)用場合，又可以滿足一些高精度、高性能的控制要求。 TMS320LF2407芯片簡介 由于 TMS320LF2407引腳圖較為復雜，功能很多，此處不一一介紹，主要介紹本文控制系統(tǒng)所用到的部分和該芯片的一些基本信息。 TMS320 LF2407A 電流梀測 位置 /速度檢測 保護電路 隔離驅(qū)動 AD C B A P PDPINTP W M 4 過程論述 第 23 頁（共 37 頁） 采用單片機控制方案 ,由于單片機本身結(jié)構(gòu)的限制，以之為核心所組成的單片機控制系統(tǒng)需要外部擴展存儲器 ,外接模擬 /數(shù)字（ A/D）轉(zhuǎn)換器等。因而本文采用這種方案， 并在下文中做出詳細的介紹。電流參考信號與實際的電動機相電流信號相比較 ,差值經(jīng) PID 控制器 （微分與積分）調(diào)節(jié)后 ,將適當?shù)?PWM（脈寬） 信號施加到電動機的功率電子主回路 (功率變換器 )上 ,通過控制功率晶體管的開通關(guān)斷順序和時間 ,可改變電動機定子繞組中的電流大小和繞組的導通順序 ,從而實現(xiàn)對直流無刷電動機轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的控制。 圖 4— 3 功率驅(qū)動電路 IR2110簡介： 圖 4— 4 IR2110引腳 IR2110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。L／ CMOS電平兼容，其輸入引腳閥值與電源 V+成比例，為電源電壓 V+的 10％ ，各通道相對獨立。 從無刷直流電機的工作原理分析以得出其對開關(guān)元件的性能要求有： 1. 滿足系統(tǒng)電壓、電流值的要 求，并有一定裕量； 2. 盡可能低的導通壓降和關(guān)斷以后的漏電流，降低系統(tǒng)損耗； 3. 足夠的安全工作區(qū)； 4. 盡可能高的開關(guān)速度和盡可能低的開關(guān)損耗； 5. 盡可能小的驅(qū)動功率； 6. 盡可能簡單的驅(qū)動電路，使開關(guān)元件及驅(qū)動電路的成本盡可能低。 C2)采用一個分流電阻間接測流。如果這二路驅(qū)動電壓小于 8． 3 V，輸出信號會因欠壓而被片內(nèi)封鎖。邏輯輸人端采用施密特觸發(fā)電路，提高抗干擾能力。 選取三片 IR2110組成驅(qū)動電路，一片 IR2110驅(qū)動兩個功率管，功率 驅(qū)動電路如下圖 所示 ： 4 過程論述 第 25 頁（共 37 頁） 圖中 IR2110芯片引腳“ HIN”和“ LIN”接 TMS320LF2407輸出的其中兩路 PWM（脈寬） 觸發(fā)控制信號，觸發(fā)控制信號經(jīng) IR2110功率放大后，通過引腳“ HO”和“ LO”經(jīng)兩個限流電阻分別接至兩個功率管的柵極以控制功 率管的通斷。首先 ,根據(jù)所檢測到的電動機轉(zhuǎn)子位置信號 ,計算得到電動機的當前轉(zhuǎn)動速度 。并且基于 DSP的無刷直流電動機數(shù)字控制系統(tǒng)具有良好的控制性能和調(diào)速性能，獲得了較好的動態(tài)性能和較高的穩(wěn)態(tài)精度，運行效率高，抗干擾能力強。 2407的主要功能： CX DSP內(nèi)核，內(nèi)部存儲器，事件管理器和片內(nèi)外接口。由于采用了面向電機控制的高速數(shù)字信號處理器，無論是速度控制器的設(shè)計，還是電流控制器的實現(xiàn)，以及各種反饋信號的處 理和 PWM控制信號的產(chǎn)生，均采用了數(shù)字信號處理技術(shù)，用軟件實現(xiàn)硬件電路的功能，實現(xiàn)無刷直流電動機的實時控制。 178。引腳 10（ POWER GROUND):功率地。 178。由于所施加的邏輯電平?jīng)Q定電機轉(zhuǎn)向 178。 四相電動機位置傳感器空間間距 90176。 3 方案論證 第 19 頁（共 37 頁） 單片機控制方案 本系統(tǒng)以 AT89C52 單片機為核心，通過 LM621，以 2*3 矩陣鍵盤做為輸入， 4位 數(shù)碼管顯示，達到控制無刷直流電機的啟停、速度和方向。該連接電路的組成元件與三相 Y形連接全控橋式電路類似。圖中， VF1— VF6為 6個 MOSFET功率管，起繞組的開關(guān)作用。 圖 31控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 直流無刷電動機控制電路設(shè)計 第 16 頁（共 37 頁） 直流無刷電動機的主回路設(shè)計 了解直流無刷電動機的運行，首先必須了解其定子繞組與電子換向器之間的各種連接方法；由于定子繞組為三相繞組的直流無刷電動機在實際生活中最為常用，因此在此著重加以討論。這種方案可以編程控制，應(yīng)用范圍廣，且靈活方便。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機械技 術(shù)、自動控制技術(shù)、微型計算機技術(shù)及人工智能技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，以機械為 主體的工業(yè)、民用產(chǎn)品不斷采用高新 技術(shù)，并向自動化和智能化方向發(fā)展。這樣便為永磁無刷電動機贏得了又一廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。永磁同步電動機把交流電動機復雜的磁場定向控制轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子位置定向控制 ,而無刷直流電動機則進一步將其簡化為離散六狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制。高性能的無刷直流電動機工作壽命可達數(shù)十萬小時 ,而有刷直流電動機壽命一般較短 ,在高溫環(huán)境下甚至只有幾分鐘。為了克服機械換相帶來的缺點，以電子換相取代機械換相的無刷電機應(yīng)運而生。m) ； KT是轉(zhuǎn)矩系數(shù)； R 是 電動機的內(nèi)阻 (Ω) 。 , 選擇適當?shù)奶崆敖?，使得在上述諸因素的影響下，真正能在 γ o=0176。 瞬間選作晶體管開始導通的基準點 ， 電動機三相繞組輪流通電時，所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩 如圖 所示?？梢哉f，無刷直流電動機在允許的電網(wǎng)波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在 1%左右， 遠小于所要求的 5%， 并可以實現(xiàn)在調(diào)速 范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。為調(diào)制波的占空比， Ra 為每項繞組電壓；從而可以得到直流無刷電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為：Tm=amp。目前，驅(qū)動電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開關(guān)狀態(tài)，相應(yīng)電路組成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。電度角，如此循環(huán)，無刷直流電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩 ，拖動負載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。但 是位置傳感器所產(chǎn)生的信號 不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制邏輯開關(guān)單元。圖 11中的電 動機本體為三相兩極。 1． 1 無刷直流電動機的基本組成 無刷直流電動機的電樞在定子上，是靜止的，主要是通過控制電樞電流來控制磁場的變化，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁場始終垂直的磁場。 由于直流無刷電動機既具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及 調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點，故在當今國民經(jīng)濟各領(lǐng)域應(yīng)用日益普及。 sensor。 (2)系統(tǒng)控制方案設(shè)計。 評語： XI 評閱教師簽名： 評定成績（百分制）： _______分 （注：此頁不夠，請轉(zhuǎn)反面） 長江大學 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )答辯記錄及成績評定 學生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )題目 答辯時間 年 月 日 ～ 時 答辯地點 一、答辯小組組成 答辯小組組長： 成 員： 二、答辯記錄摘要 答 辯小組 提問（分條摘要列舉） 學生 回答情況評判 三、答辯小組對學生答辯成績的評定 （百分制） ： _______分 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )最終成績評定 (依據(jù)指導教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學校關(guān)于畢業(yè)論文 (設(shè)計 )評分的相關(guān)規(guī)定 ) 等級 (五級制 )： _______ XII 答辯小組組長 (簽名 ) ： 秘書 (簽名 )： 年 月 日 院 (系 )答辯委員會主任 (簽名 )： 院 (系 )(蓋章 ) 電動機控制電路設(shè)計 【 摘要 】 本文 以永磁方 波無刷直流電 動機 為控制對象，設(shè)計了一套無刷直流電機調(diào)速 控制 系統(tǒng)。由于電子開關(guān)線路的導通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機械換向器的換向作用。 VII 首先通過 查找資料熟悉并掌握單片機的基本原理，然后進行方案設(shè)計，在生產(chǎn)廠家進行了解。目前無刷直流電機研究剛剛起步，主要集中在高等學校，如浙江大學、北京航空航天大學、上海交通大學等，均在進行 以下樣機的研究試驗，清華大學正在做 15KW 電機的樣機實驗，中科院正在做 28 KW電機的樣機實驗。 而無刷直流電動機既具備交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機的運行效率高、調(diào)速性能好等諸多特點，同時克服了有刷直流電機由于機械電刷和換向器的存在所帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等弊病，所以以無刷直流電機作為電動馬達的電動自行車產(chǎn)品逐漸受到消費者的青睞。 4 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )應(yīng)完成的主要內(nèi)容 （ 1）硬件電路設(shè)計 （ 2）理論設(shè)計與分析，理論計算 （ 3）軟件設(shè)計調(diào)試 5 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )的目標及具體要求 學生通過本次畢業(yè)設(shè)計，掌握直流無刷電動機的調(diào)速方法，學會功率器件的使用及電子線路的設(shè)計；能夠運用單片機控制電動機調(diào)速；運用已學的基本知識和專業(yè)技術(shù)解決實際問題，掌握軟件設(shè)計流II 程，提出可行的方案，鍛煉自學和動手能力；培養(yǎng)鉆研、求實的科學作風；提高論文寫作水平和英語閱讀理解能力。 畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 題目名稱： 直流無刷電動機控制電路設(shè)計 題目類型： 目錄 長江大學畢業(yè)設(shè)計 (論文 )任務(wù)書 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． Ⅰ 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )開題報告 ..............................錯誤 !未定義書簽。通過電位器或按鍵控制加、減速。由于電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展， 使得對大量應(yīng)用的電動機性能、質(zhì)量的要求越來越高，如：低噪聲、高性能、長壽命、小型化、高效節(jié)能的要求。 [1] 劉剛，王志強，房建成 . 永磁無刷直流電機控制技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京，機械工業(yè)出版社， 2021. V [2] 李海濤，儀維，吳