【正文】 Vi nS4S6MS5 圖 33 逆變器主電路 逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電然后再 向電機(jī)供電， 采用三相橋式全控逆變電路， 其主電路如圖 33 所示， 功率開關(guān)器件采用功率 MOSFET。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍 存儲器 組合在單個芯片中， 使它成為 一種高效微控制器。無刷電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計也同樣包含硬件設(shè)計部分與軟件編寫部分，本章將著重闡述控制的直流無刷電機(jī)硬件設(shè)計。 傳統(tǒng)有刷直流電動機(jī)要實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，只需改變勵磁磁場的極性或電樞電流就可以完成。同時驅(qū) 動控制電路通過轉(zhuǎn)子的位置傳感器對位置信號進(jìn)行翻譯，產(chǎn)生驅(qū)動信號，此時 VT1 和 VT6 處于導(dǎo)通狀態(tài)，使繞組 A 正向?qū)ǎ@組 B 反向?qū)?。其定子繞組采用三相星形對稱接法。與有刷直流電機(jī)中的永磁體在電機(jī)氣隙中作用一樣，都是要求形成足夠大的磁場，差別僅在于位置布局上的不同，無刷電機(jī)的永磁體設(shè)于轉(zhuǎn)子側(cè)。 （ 1） 繞組： 直流無刷電機(jī)常見的繞組形式包括整矩集中、整矩和短矩分布式三種。 第二章 直流無刷電機(jī)基本結(jié)構(gòu)及原理 直流無刷電機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 直流無刷電動機(jī)主要由電動機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān) 線 路三部分組成?，F(xiàn)階段，對于掃描儀、醫(yī)療診斷 CT、 CD唱機(jī)驅(qū)動、數(shù)控車床驅(qū)動及計算機(jī)硬盤驅(qū)動等都大量應(yīng)用直流無刷電機(jī)伺服系統(tǒng)用于精密控制。 速度需要任意設(shè)定和調(diào)節(jié)，但控制精度要求不高的調(diào)速系統(tǒng)分為兩種：一種是開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，另一種是閉環(huán)調(diào) 速系統(tǒng) (此時的速度反饋器件多采用低分辨率的脈沖編碼器或交、直流測速等 )。 直流無刷電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用 保持著有刷直流電機(jī)的良好機(jī)械及控制特性的直流無刷電機(jī)， 在電磁結(jié)構(gòu)上和有刷直流電動機(jī)一樣，不過無刷直流電動機(jī)的電樞繞組是處在定子上的，永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上，采用多相形式的電樞繞組，在通過逆變器之后，然后連接到直流電源上面，定子方面利用了電子換向來替換傳統(tǒng)電機(jī)的電刷和換向器，然后各相依次通電產(chǎn)生電流 ，定子磁場和轉(zhuǎn)子磁極主磁場相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 無 轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行本質(zhì)上就是需要在不使用機(jī)械傳感器的前提下，以電機(jī)的電流和電壓信息來獲取轉(zhuǎn)子磁極的準(zhǔn)確位置。 無刷直流電機(jī)對與我國來說，對其研究的還是比較晚。 “直流無刷電機(jī) ”的概念已有最初的具有電子換相器的直流電機(jī)發(fā)展到泛指一切具有傳統(tǒng)直流電機(jī)外部特性的電子換相電機(jī)。直流無刷電機(jī)集交流電機(jī)和直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)于一體，它既具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電機(jī)運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好的特點(diǎn)，同時無勵磁損耗。目前，盡管各種各樣的直流電動機(jī)和交流電動機(jī)在工業(yè)傳動應(yīng)用中發(fā)揮了主導(dǎo)作用，但無刷直流電動機(jī)也正備受關(guān)注。目前無刷電機(jī)的各方面的應(yīng)用已經(jīng)遍布 各種各樣的領(lǐng)域，辦公自動化和工廠自動化等方面就比較的需要小功率直流無刷電機(jī)，例如家用電器或者是外 設(shè)復(fù)印機(jī)等等。 國內(nèi)外發(fā)展水平和研究情況 國內(nèi)外發(fā)展水平 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域中，作為最早的電動機(jī) 有刷直流電動機(jī)得到了廣泛的 應(yīng)用，它憑借著優(yōu)良的調(diào)速性能，在應(yīng)用調(diào)速理念的領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，可是有一個原因限制了它進(jìn)一步的發(fā)展，那就是機(jī)械換相裝置的存在。 1978年，在當(dāng)時的漢諾威貿(mào)易博覽會上， MANNESMANN公司正式推出了 一種 MAC無刷直流電動機(jī)及其驅(qū)動器，它的出現(xiàn)，在當(dāng)時引起了世界各國的極大關(guān)注，隨后，研發(fā)和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮也在國際上噴涌而 出，這也就標(biāo)志著無刷直流電機(jī)正在逐步地走向?qū)嵱秒A 段 。現(xiàn)階段，直流無刷電機(jī)的發(fā)展已遍布全國的各個領(lǐng)域并且不斷的加深，尤其是在家用電器、航空航天等重要領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用與發(fā)展?，F(xiàn)階段，模糊邏輯控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是其中三個最為重要的控制理論和方法。 直流無刷電機(jī) 的應(yīng)用主要分為以下幾類： 相交流異步和同步電機(jī)。 在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，伺報電動機(jī)高精度控制扮演了十分重要的角色，由于其各自的應(yīng)用場合不太一樣，因此其控制性能的要求當(dāng)然也不盡相同了。 第四章：對所研究的直流無刷電機(jī)建立了控制系統(tǒng)，建立速度外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明所搭建的控制系統(tǒng)可以快速穩(wěn)定的跟蹤速度參考給定值。 直 流 電 源 電 機(jī) 本 體位 置 傳 感 器功 率 電 子 開 關(guān) 電 路輸 出 圖 21 直流無刷電機(jī)工作原理框圖 電機(jī)本體 電機(jī)本體的主要部件包括轉(zhuǎn)子和定子。其 中電樞繞組 Y型連接應(yīng)用相對較多。 直流無刷電機(jī)工作原理 無刷六流電動機(jī)的電機(jī)本體和控制器緊密結(jié)合，是典型的機(jī)電一體化器件。 圖 22 直流無刷電機(jī)工作原理 圖 23 所示為定轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)狀態(tài)示 意圖，其工作原理分析如下： .SN.aFXcABYZmF.SN.aFCYZXABmF （ a） A、 B 兩相導(dǎo)通 （ b） A、 C 兩相導(dǎo)通 圖 23 定轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)狀態(tài)示意圖 首先，圖 23（ a）所示轉(zhuǎn)子位于 A、 B 兩相導(dǎo)通狀態(tài) ，此時定子的北極和轉(zhuǎn)子磁動勢同時指向繞組 B，定子磁動勢指向繞組 C。按照這個規(guī)律，可以知道轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過 600 電角度，其繞組導(dǎo)通狀態(tài)都會變化一次，其導(dǎo)通順序為： AB→ AC→ BC→ BA→ CA→ CB→ AB… 。該方式中，每一狀態(tài)持續(xù) 600 度電角度，在此期間，定子繞組合成磁動勢空間位置固定不動，而永磁磁極連續(xù)旋轉(zhuǎn) 600 電角度。 5）位置檢測電路：一般情況下，電機(jī)會有自帶的三相霍爾傳感器，此系統(tǒng)選用的自帶的三相霍爾傳感器的電機(jī)，霍爾傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子信號并送入單片機(jī)處理器處理； 6）電源電路：輸入市電電壓，經(jīng)變壓器降壓后整流經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓產(chǎn)生四路獨(dú)立的輸出電壓 +/12V、 5V 和 ，給整個系統(tǒng)供電?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 MOSFET 是由金屬、 二 氧化 硅或氮化硅與 半導(dǎo)體 制成 的 半導(dǎo)體 器件。 硬件電路設(shè)計圖 如圖 35 所示。 圖 36 IR2103 引腳及其輸入 /輸出狀態(tài)圖 圖 37 IR2103 原理圖 IR2103 采用自帶的自舉電路，其工作原理圖如圖 37 所示。電流采樣的方法有電流互感器、霍爾元件和直接電阻采樣。因此完全符合我們的設(shè)計要求。 交 流 電 源變 壓 器 整 流 電 路 濾 波 電 路 穩(wěn) 壓 電 路負(fù) 載 圖 311 直流穩(wěn)壓框圖 a) b) 圖 312 電源電路圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計 主程序流程圖設(shè)計 主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個初始值與測速電路送來的值相比較得到一個誤差值，經(jīng)過調(diào)節(jié)器之后產(chǎn)生 PWM 脈沖進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 同時， Simulink 是 MATLAB 中的一種 基于視覺化的 仿真 工具箱 ， 里面包含了很多行業(yè)可以用到的模塊，同時也為用戶提供了相應(yīng)的 S 函數(shù)模塊，給用戶自定義相應(yīng)功能帶來了很大的好處，不僅可以 實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng) 數(shù)學(xué)模塊的建立 、仿真 計算 和分析 處理等 ， 也可以實現(xiàn) 線性系統(tǒng) 控制與分析 、非線性系統(tǒng) 控制 與分析 、數(shù)字 系統(tǒng) 控制 與分析 及數(shù)字信號處理 與分析中，具有強(qiáng)大的功能 。因此，它為分析和設(shè)計直流無刷電機(jī) 控制系統(tǒng)提供了有效手段和工具，也為實際電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試提供了新的思路。 感謝我的室友們，是你們和我共同維系著彼此之間兄弟般的感情，維系著寢室那份家的融洽。///在程序存儲區(qū)定義字位控制碼表 uchar a=8。 control()。 ena=1。 ///開總中斷 ET0=1。 ///調(diào)用速度處理程序 } } ///************************************************************************* ///中斷處理程序 ,實現(xiàn)輸出方波占空比控制 ///************************************************************************* timer_1() interrupt 3 using 1 ///定時器 1 中斷 ,使用寄存器組 1 { TR1=0。 } ///************************************************************************* ///脈寬控制程序 ,實現(xiàn) PWM 的輸出 ///************************************************************************* control() { if(zc==a) { ena=0。 ///求速度千位值送千位顯示緩沖 for(i=0。 delays()。 ///重裝計數(shù)初值 TL0=0。 ///拉高 P1 口的電平 i=P1。 if(i==0xfb) { a=a+n。 } } if(i==0xdf) { delays()。 ///回到中間速度 } while(P1!=0xff)。 else a=3。 } } if(i==0xf7) { delays()。 ///延時去抖動 if(i==0xfe) ///再判斷按鍵是否按下 { in1=0。 ///開計數(shù)器 } } ///************************************************************************* ///延時子函數(shù) ///************************************************************************* delays() { uchar i。 delays()。) ///循環(huán)選中數(shù)碼管的每一位 { P2=wm[i]。 ena=1。 ///中斷次數(shù)加 1 ys++。 ///允許定時器 1 中斷 TR0=1。 ///定時器 1 為定時模式 ,使用方式 2。 speedcan()。 ///速度增減量一 uchar m=2。 感謝理工學(xué)院四年