【正文】 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(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電動機(jī)的重要優(yōu)點(diǎn)之一。電樞額定電流IaH=，因?yàn)槊總€控制元件導(dǎo)通120o,所以控制元件的峰值電流可以由以下方程算出。其推薦典型工作參數(shù)如表32所示。以提高抗擾能力。本設(shè)計(jì)采用PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)專用控制芯片MC33035的全部功能，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多功能的電機(jī)控制?？紤]到該設(shè)計(jì)要與市場接軌，因此價(jià)格問題尤為重要，要選擇一個性價(jià)比較高的單片機(jī)，包括單片機(jī)的單片價(jià)格和開發(fā)系統(tǒng)的造價(jià)。(2) 哈佛總線結(jié)構(gòu)如圖34所示，PIC系列單片機(jī)在普林斯頓體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用獨(dú)特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，徹底將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度，有效擴(kuò)展指令的字長奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。(8)應(yīng)用平臺界面友好，開發(fā)方便Microchip公司為用戶提供了周全的技術(shù)方案，不管是對初學(xué)者還是后續(xù)的應(yīng)用開發(fā)，都提供了完善的硬件和軟件支持，包括各種檔次的硬件仿真器和編程器。（4）RC0RC7：數(shù)字I/O（5）RB0RB7：數(shù)字I/O （6）VDD：+5V電壓輸入 PIC16F72單片機(jī)的功能特性(1)功能部件特性 8位定時器/計(jì)數(shù)器 TMR2,帶有8位的周期寄存器及預(yù)分頻器和后分頻器(2)微控制器特性 在線串行編程 PWM信號在PIC單片機(jī)中的處理改變直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的方法分為勵磁控制法(控制磁通)與電樞電壓控制法(改變電樞端電壓)。然后把這個電壓輸入控制器，控制器再根據(jù)這個信號的大小進(jìn)行PWM脈寬調(diào)制，從而控制功率管的導(dǎo)通關(guān)閉的比例以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小。面板顯示電路主要由單片機(jī)的普通1/O口串行輸出，由串入并出芯片74LS164進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，采用發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。2 面板指示燈狀態(tài)定義面板指示燈狀態(tài)定義如表33表33 序 號功 能指示燈狀態(tài)1過 流過流時亮，否則滅2欠 壓欠壓時亮，否則滅3剎 車剎車時亮，否則滅 門陣列可編程器件GAL16V8 GAL16V8圖及引腳功能圖311 GAL16V8引腳功能圖表34 GAL16V8（門陣列可編程器件）引腳名稱及功能名 稱 功 能 I0I9 輸 入 F0F7 輸入/輸出I0/CK 時鐘輸入U(xiǎn)DD 電 源 GND 地 GAL器件是從PAL發(fā)展過來的，PAL器件的出現(xiàn)為數(shù)字電路的研制工作和小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了很大的方便。霍爾開關(guān)器件無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。電角、相位互差120176。這種傳感器具有較高的強(qiáng)度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。近年來，無位置傳感器的永磁無刷直流電機(jī)發(fā)展比較快。 周邊保護(hù)電路 電流采樣及過電流保護(hù) 圖313 電流采樣及過流保護(hù)圖1 電流信號電機(jī)主回路電流信號經(jīng)采樣電阻獲得。在電流較大，或要求電隔離的情況下，可以采用磁場平衡式霍爾電流傳感器。對于無刷直流電機(jī)控制器，由于輸入控制變量比較多，控制器可以利用各種輸入信號對控制系統(tǒng)完成相當(dāng)完善與靈活的保護(hù)，這些保護(hù)功能可以大大提高無刷直流電機(jī)控制器的可靠性。 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)1 驅(qū)動控制驅(qū)動控制通過查表實(shí)現(xiàn)霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。電動自行車直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對來說很低。這樣定時時間可以由這個寫入定時器寄存器的數(shù)值控制。 軟件流程圖系統(tǒng)軟件按順序掃描控制的模式編制。還可采用專用控制芯片和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的控制，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。盡管他帶工程實(shí)踐，工作很忙，但他也抽出自己空余的時間輔導(dǎo)我們，對我們所問的問題均一一細(xì)致的解答。三相位置輸入信號經(jīng)簡單查表運(yùn)算產(chǎn)生對應(yīng)的輸出邏輯。PWM中斷的發(fā)生與定時器不同的是:它的發(fā)生不是由于定時器溢出, 而是由于定時器TIMER2與PWM周期寄存器PR2值相等。這個時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)主程序循環(huán)一周需要的時間(), 所以將霍爾元件信號狀態(tài)的檢測工作放在主程序中即可。這6個狀態(tài)對應(yīng)沒有明顯的簡單數(shù)量關(guān)系, 所以要實(shí)現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。第4章 無刷直流電動機(jī)軟件設(shè)計(jì) 直流無刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計(jì)概況該程序在設(shè)計(jì)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(jì)算出PWM的占空比輸出PWM波。3 過流保護(hù)過流保護(hù)電路可以對MOSFET進(jìn)行保護(hù)，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達(dá)到閥值時關(guān)閉電機(jī)，避免了MOSFET上通過大電流燒毀的危險(xiǎn)。同時。當(dāng)電機(jī)體積較小、位置傳感器難以安裝時或電機(jī)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(jī)更顯示出其獨(dú)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(jī)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兩種方式。1 在無刷直流動機(jī)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(jī)的關(guān)鍵部件。 GAL有如下優(yōu)點(diǎn)：　　，克服了采用熔斷絲技術(shù)只能一次編程的缺點(diǎn)，其可改寫的次數(shù)超過100次；　　，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行組態(tài)，一片GAL器件可以實(shí)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(jì)帶來極大的方便；　　，保護(hù)了知識產(chǎn)權(quán)；　　——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引腳最大灌電流25mA。 PIC16F72單片機(jī)管腳排列及功能定義圖35 PIC16F72單片機(jī)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(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)，更加簡單合理地提高計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。PIC單片機(jī)以其獨(dú)特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，逐漸被廣大工程設(shè)計(jì)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(jī)芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路，具有很強(qiáng)的技術(shù)特色。通過對該系統(tǒng)分析，8位單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。低端延時電路可簡化控制脈沖定時要求，兩路輸出的傳播延時匹配的。高端輸出HO和低端基準(zhǔn)輸出LO分別以浮置電位VBS和固定電位Vcc為基準(zhǔn)。 逆變開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計(jì) IR2110功能介紹(1) IR2110的特點(diǎn)有：輸出驅(qū)動隔離電壓可達(dá)500V；芯片自身的門輸入驅(qū)動范圍為10~20V；輸入端帶施密特觸發(fā)電器；可實(shí)現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動輸出，可驅(qū)動高壓高頻器件，如IGBT、功率MOSFET等，且工作頻率高可達(dá)500KHz ，開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；邏輯電源的輸入范圍（腳9）5~15V，可方便的與TTL，CMOS電平相匹配。 近年來由于MOSFET元件的性能逐漸提升，除了傳統(tǒng)上應(yīng)用于諸如微處理器、微控制器等數(shù)位訊號處理的場合上，也有越來越多類比訊號處理的積體電路可以用MOSFET來實(shí)現(xiàn)。（2）功率驅(qū)動單元主要包括功率開關(guān)器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。近幾年，國外一些大公司紛紛推出較MCU性能更加優(yōu)越的DSP(數(shù)字信號處理器)芯片電機(jī)控制器，如ADI公司的ADMC3xx系列，TI公司的TMS320C24系列及Motorola公司的DSP56F8xx系列，都是由一個以DSP為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)，使體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。電機(jī)控制器是無刷直流電動機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)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:對各種輸入信號進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號。（3）對電動機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機(jī)本體定子或端蓋上，以檢測和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。無刷直流電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動大。2．逆變器 目前，無刷直流電動機(jī)的逆變器主開關(guān)一般采用IGBT或功率MOSFET等全控型器件，有些主電路已有集成的功率模塊（PIC）和智能功率模塊（IPM），選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。隨著無刷直流電動機(jī)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，智能控制技術(shù)將受到更廣泛的重視。但現(xiàn)有方法都存在各自的局限性，仍在不斷完善之中。由于稀土永磁材料的矯頑力高、剩磁大，可產(chǎn)生很大的氣隙磁通，這樣可以大大縮小轉(zhuǎn)子半徑，減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，因而在要求有良好的靜態(tài)特性和高動態(tài)響應(yīng)的伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等應(yīng)用中，無刷直流電機(jī)比交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)顯示了更多的優(yōu)越性。圖14 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性的始動電壓和斜率分別為： （12） （13）從機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，無刷直流電動機(jī)與一般直流電動機(jī)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(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。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。此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較表11 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較項(xiàng)目無刷直流電動機(jī)有刷直流電動機(jī)換向借助轉(zhuǎn)自子位置傳感器實(shí)現(xiàn)電子換向由電刷和換向器進(jìn)行機(jī)械換向維護(hù)由于沒有電刷和換向器，很少需要維護(hù)需要周期性維護(hù)壽命比較長比較短機(jī)械（速度/力矩）特性平（硬）在負(fù)載條件下能在所有速度上運(yùn)行中等平（中等硬）。，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電動機(jī)的誕生。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(jī)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(jī)必須具有精度高、速度快、效率高等特點(diǎn)，無刷直流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長。s living standards improve and modernize production, the development of office automation, household appliances, industrial robots and other equipment are increasingly tend to be high efficiency, small size and high intelligence, as the implementation of ponents An important ponent of the motor must have a high accuracy, speed, high efficiency, brushless DC motor and therefore the application is also growing rapidly.This design is the brushless DC motor as the electric bicycle motordriven control system, PIC16F72 microcontroller for control circuit, SCM collection and parisonlevel electrical signal Hall feedback, software programming through brushless DC motor control .Key words bldcm the single chip processor hall position sensor摘 要 IAbstract II第1章 概 述 1 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展概況 1 無刷直流永磁電動機(jī)與有刷直流永磁電動機(jī)的比較 2 無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 3 無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行特性 6 機(jī)械特性 6 調(diào)節(jié)特性 6 工作特性 7 無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用與研究動向 8第2章 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 10 無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)的組成 10 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 12 設(shè)計(jì)方案比較 12 無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖 13第3章 無刷直流電動機(jī)硬件設(shè)計(jì) 15 逆變主電路設(shè)計(jì) 15 功率開關(guān)主電路圖 15 逆變開關(guān)元件選擇和計(jì)算 15 逆變開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 17