【正文】 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。邏輯電路為兩路輸出提供相應(yīng)的控制脈沖。當(dāng)Vs為500V或接近500V時，高端功率MOSFET關(guān)斷。由于整個系統(tǒng)有多種模擬參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此選用的單片機應(yīng)該有多通道A/D轉(zhuǎn)換模塊。產(chǎn)品采用全新的流水線結(jié)構(gòu)，單字節(jié)指令體系，嵌入Flash以及10位A/D轉(zhuǎn)換器。PICF877單片機指令集系統(tǒng)只有35條指令，全部采用單字節(jié)指令，而且除4條判斷轉(zhuǎn)移指令發(fā)生間跳外，均為單周期指令，執(zhí)行速度較高。其中MCLR為低電平時，對芯片復(fù)位；該管腳的電壓不能超過VDD，否則會進(jìn)入測試方式。每個I/O引腳最大拉電流25mA 振蕩定時器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 當(dāng)處于脈寬調(diào)制工作方式時，可以在引腳輸出分辨率高達(dá)10位的PWM信號。因而，既保護了功率管本身，又保護了電動機，也防止了電源的浪費。當(dāng) A、B 任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下輸出為低電平。GAL16V8主要是把驅(qū)動順序信號和帶有各種控制信息的脈寬調(diào)制PWM信號綜合成六個輸出驅(qū)動信號。它對電機轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，其輸出信號經(jīng)過邏輯變換后去控制開關(guān)管的通斷，使電機定子各相繞組按順序?qū)?，保證電機連續(xù)工作。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機軸同軸的永磁體。如圖312所示，霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、可靠，但對工作溫度有一定要求，同時霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號電平太低，不能正常工作。（3）光電式位置傳感器光電式位置傳感器由固定在定子上的幾個光電耦合開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光板所組成。無位置傳感器的無刷直流電機的主要弱點是起動轉(zhuǎn)矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起動。電流采樣信號通過LM358與一固定電壓值比較，當(dāng)電壓的電流過大時，LM358輸出高電平，送入GAL16V8直接關(guān)斷輸出，進(jìn)行邏輯保護。過流保護是控制器的最后防線，過流保護電阻用的是康銅絲，當(dāng)系統(tǒng)電流超過最大保護電流值時，康銅絲會燒斷，從而起到保護作用。隨后采樣位置傳感器產(chǎn)生霍爾信號, 將該信號的狀態(tài)與電機固定的相位序列進(jìn)行比較, 判斷電機的相位是否正確。若電機需要反轉(zhuǎn), 只需增加一個反轉(zhuǎn)狀態(tài)表即可。這樣做的好處是可以減小中斷程序的執(zhí)行時間, 程序運行更加流暢。因此, 要在中斷程序中控制下次PWM中斷的時間有兩個方法:一是改變PR2值, 一是對TIMER2置數(shù), 改變其初始值。剎車信號、過流信號和欠壓信號順次讀入，并進(jìn)行相應(yīng)處理。謝謝胡老師！參考文獻(xiàn)1 :科學(xué)出版社，20052 李鐘明,:國防工業(yè)出版社，19993 ，19964 陳清泉，:清華大學(xué)出版社，廣州:暨南大學(xué)出版社，20005 ，2004 6 :江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，20017 ，19968 韋敏，20049 盧靜，陳非凡，200210 梁正峰，200411 陳鋼，12 ，200013 謝運祥,. 機械工業(yè)出版社，200714 ，200715 許大中,，200216 王成元,夏加寬,楊俊友,，200617 姚國強,錢銳,. 辭學(xué)出版社，200618 . 機械工業(yè)出版社，200419 [日]，200620 黃俊,. 機械工業(yè)出版社，200421 余永權(quán),汪明慧, ，200322 ，199623 ，199724 張立,．北京機械工業(yè)出版社，199525 余永權(quán),李小青,. 北京航空航天大學(xué)出版社,199126 李志民,199527 ．北京機械工業(yè)出版社,2004附錄1Brushless DC (BLDC) Motor FundamentalsBrushless Direct Current (BLDC) motors are one of the motor types rapidly gaining popularity. BLDC motors are used in industries such as Appliances, Automotive,Aerospace, Consumer, Medical, Industrial Automation quipment and the name implies, BLDC motors do not use brushesfor mutation。 由于時間與能力有限，本文所設(shè)計的控制系統(tǒng)還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，比如可采用無位置傳感器的控制方法，利用軟件檢測電機的反電動勢，從而省去位置傳感器，降低硬件成本，提高可靠性。6 PWM脈寬時間算法PWM周期和占空比計算公式為:PWM周期=[(PR2)+l]*4*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值)，TOSC為晶振周期:PWM占空比=(CCPRIL:CCPICON5:4)*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值)。若想控制定時器定時時間, 可以在其中斷程序里面將定時器置數(shù), 定時器便從這個數(shù)開始計數(shù)直到溢出。但是在電動自行車控制場合,這樣的想法是沒有必要的。在運行的過程中應(yīng)時刻檢測是否有剎車信號輸人, 若有剎車信號輸人, 則關(guān)閉輸出。當(dāng)電池電壓過低時給出欠壓信號，輸出截止，防止電池由于過放而損壞。采樣直流母線電流有兩種方法，一種是在待測電路上串入一個小電阻，用小電阻上的壓降反映電流的大??；另一種是采用電流傳感器。當(dāng)轉(zhuǎn)子到下一位置時，前一位置的霍爾器件停止工作，下一位置的霍爾器件輸出電壓信號，控制部分使得對應(yīng)定子繞組通電，產(chǎn)生推斥場使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，如此循環(huán)，維持電機運轉(zhuǎn)。光電式位置傳感器輕便可靠，安裝精度高，抗干擾能力強，調(diào)整方便，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。電機運行時，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時，輸入和輸出繞組通過定、轉(zhuǎn)子磁芯耦合，輸出繞組中則感應(yīng)出高頻信號，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器工作。這樣，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾元件便交替輸出三個寬度為180176。其中最常用的有以下幾種：（1）霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點，它們的體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1 MHz) ,耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。 QA－QH :輸出端。 顯示電路本系統(tǒng)采用3個發(fā)光二極管作為面板指示燈，如圖所示。如圖37所示，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場強度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。掉電保護電路 16位定時器/計數(shù)器TMR 1，睡眠中仍可計數(shù) （3）OSCOSC2：為振蕩器晶振。(7)同步串行數(shù)據(jù)傳送方式可以滿足主控/從動和主控總線要求。就實際而言，不同的應(yīng)用對單片機功能和資源的需求也是不同的。(3)價格因素。 單片機的選擇目前，市場上有很多無刷電機專用控制芯片，大部分電動車生產(chǎn)廠商采用Motorola公司的MC3303無刷電機專用控制芯片，它具有無刷直流電機控制系統(tǒng)所需要的基本功能。同樣，當(dāng)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。兩路通道均帶有滯后欠壓鎖定功能。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。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”。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(dāng)中。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。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。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。因此，目前以星形連接三相橋式主電路應(yīng)用最多。適當(dāng)?shù)靥岣呃@組利用率將可以使同時通電的導(dǎo)體數(shù)增加，使電阻下降，效率提高。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。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(jìn)控制理論，尤其是智能控制理論的應(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。自20世紀(jì)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。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。無刷直流電動機的這種工作方式叫兩相導(dǎo)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。沒有電刷/換向器給予的機械限制比較低，存在電刷給予的機械限制電氣噪聲低電刷的電弧將對附近的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾制造價格比較高低控制復(fù)雜和價格貴簡單和價格不貴控制要求為了使電動機運轉(zhuǎn)必須要有控制器，但同樣的控制器可用于變速控制對于一個固定的速度而言，不需要控制器；有變速要求的時候才需要控制器 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(jìn)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。我國對無刷直流電動機的研究起步較晚。但是，有機械接觸電刷換向器一直是電流電機的一個致命弱點，它降低了系統(tǒng)的可靠性，限制了其在很多場合中的使用。無刷直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計方案摘 要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。為了取代有刷直流電動機的機械換向裝置，人們進(jìn)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(jìn)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TT6 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(fù)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。2．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(jìn)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(jìn)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。3．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。4．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(jìn)行邏輯綜合，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。 無刷直流電動機控制系統(tǒng)組成框圖,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（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