【正文】 主要是轉(zhuǎn)速需要在某個范圍內(nèi)變化的應(yīng)用，對電機(jī)轉(zhuǎn)速特性和動態(tài)響應(yīng)時間特性有更高的需求。其主要類型有同步電動機(jī)、異步電動機(jī)和直流電動直流無刷電動機(jī)控制電路設(shè)計 第 2 頁（共 37 頁） 機(jī)三種。 (5)理論設(shè)計與分析，理論計算。 本文首先介紹了無刷直流電機(jī)的工作 原理及其控制技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀、無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性。 5 月 2 號 5 月 20 號 撰寫畢業(yè)論文 5 月 21 號 6 月 1 號 完善論文內(nèi)容。 直流無刷永磁電動機(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。 針對傳統(tǒng)直流電動機(jī)的弊病，早在上世紀(jì) 30 年代就有人開始研制以電子換向代替電刷機(jī)械換向的直流無刷電動機(jī)。設(shè)計軟件控制流程。 （ 3）開題報告正文 ， 撰寫 格式按畢業(yè)論文 (設(shè)計 )的排版格式規(guī)范要求 。 6 結(jié)論 ........................................................... 36 參考文獻(xiàn) ......................................................... 37 致 謝 ............................................................ 38 I 1 畢業(yè)設(shè) 計 (論文 )題目： 直流無刷電動機(jī)控制電路設(shè)計 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）起止時間： 2021 年 2 月 21 日～ 6 月 10 日 3 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分） （ 1）設(shè)計直流無刷電動機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主電路、控制電路及調(diào)速控制方案。設(shè)計軟件控制流程。 注 2：題目類型是指 “ 研究論文 ”、“ 畢業(yè)設(shè)計 ”或“ 畢業(yè) 創(chuàng)作（ 設(shè)計 ）” ； 題目來源是指題目來源于教師的科研項目、生產(chǎn) /社會實際或?qū)嶒炇医ㄔO(shè)、其它等。 （ 2）電機(jī)功率約 80 瓦，帶位置傳感器，轉(zhuǎn)速范圍在 6003000 轉(zhuǎn) /分，連續(xù)可調(diào)，誤差不大于 5%。由于直流無刷電動機(jī)既具有交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機(jī)的運(yùn)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(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域應(yīng)用日益普及。其定子繞組一般制成多相 (三相、四相、五相不等 )，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對 數(shù) (2p=2,4,? )組成。 6 月 2 號 進(jìn)行畢業(yè)答辯 八、指導(dǎo)教師審查意見 IX 長江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 )指導(dǎo)教師評 審意見 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )題目 指導(dǎo)教師 職 稱 評審日期 評審參考內(nèi)容： 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果， 難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在 的主要問題與不足。然后就 論述了無刷直流電機(jī)的控制技術(shù)，在分析比較各種控制方法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上 根據(jù)實際 采用 單片機(jī)控制方案。 【關(guān)鍵詞】 :無刷直流電機(jī) ，反電動勢，換相檢測， 位置傳感器 ，單片機(jī) 。由于傳統(tǒng)的直流電動機(jī)均采用電刷以機(jī)械方法進(jìn)行換向，因而存在相對的機(jī)械摩擦，由此帶來了噪聲、火化、無線電干擾以及壽命短等弱點，再加上制造成本高及維修困難等缺點，從而大大限制了它的應(yīng)用范圍，致使目前工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大多數(shù) 均采用三相異步電動機(jī)。如家用器具中的、甩干機(jī)和壓縮機(jī)就是很好的例子，汽車工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā) 動機(jī)控制等，這類應(yīng)用的系統(tǒng)成本相對更高些。電動機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動機(jī) 相似，但沒有籠型繞組和其他起動裝置。 直流無刷電動 機(jī)通過直流電源（交流電整流后）供電，然后通過換向電路的逆變作用，給定子中的線圈供電，產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子上的永磁體作用，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，位置傳感器通過感應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置來反饋給換向電路，控制功率開關(guān)的閉合，調(diào)節(jié)定子磁場，保證轉(zhuǎn)子持續(xù)的旋轉(zhuǎn)。的 U、 V、 W方波，各個功率開關(guān)的導(dǎo)通順序為 V1V4 導(dǎo)通、 V1V6 導(dǎo)通、 V3V6 導(dǎo)通、 V3V2導(dǎo)通、 V5V2 導(dǎo)通、 V5V4 導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在 A+B、 A+C、B+C、 B+A、 C+A、 C+B上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對 NS 極， V1V6 功率管即按固定組合成六種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。主要通過位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的位置并反饋給控制電路。也就是說直流無刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。當(dāng) Vc 設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時，反饋電壓Vfb 變小，調(diào)制波的占空比 amp。這樣 周而復(fù)始，電動機(jī)轉(zhuǎn)子便連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。這就是說，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到幾個位置時，電動機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為零，這會在電動機(jī)起動時出現(xiàn)死 區(qū) （即轉(zhuǎn)子在這些位置時，電 動機(jī)無起動力矩）。當(dāng)其轉(zhuǎn)速 n 不變時，該電動勢波形也是正弦波，相位同轉(zhuǎn)矩相位一致。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的乘積即為電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率值。 無刷直流電動機(jī)不僅保持了傳統(tǒng)直流電動機(jī)良好的動、靜態(tài)調(diào)速特性，且結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、易于控制。 與異步電動機(jī)相比 ,無刷直流電動機(jī)具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能。永磁無刷電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等微特電機(jī)綜合性能的提高 ,也使得微特電機(jī)大量進(jìn)入電驅(qū)動系統(tǒng)作為執(zhí)行元件成為必然趨勢 ,而永磁無刷電動機(jī)作為微特電機(jī)中的“佼佼者” ,必將在高性能工業(yè)驅(qū)動場合獲得廣泛的應(yīng)用。 直流無刷電動機(jī)力矩大 ,調(diào)速范圍寬 ,不產(chǎn)生電刷粉塵和電火花 ,摩擦力矩小故其性能優(yōu)越 ,但阻礙其普及應(yīng)用的主要因素是價格 ,它的電子控制和換相部分價格較高 ,所以研究一種實用且控制更加簡捷、靈活的直流無刷電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是十分必要的。限于我國元器件水平及相關(guān)理論與實踐相結(jié)合的程 度還比較低，尤其是制造工藝和加工設(shè)備距離國際水準(zhǔn)差距較大，所以目前我國無刷電 機(jī)綜合水平仍低于國際水平，有 待進(jìn)一步的研究和開發(fā) 3 方案論證 系統(tǒng)概述 在電機(jī)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)。 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。 圖 3— 3 三相半控電路中的位置傳感器的信號波形 3 方案論證 第 17 頁（共 37 頁） 和一般的直流電動機(jī)一樣，在電動機(jī)起動時，由于其轉(zhuǎn)速很低，故轉(zhuǎn)子磁通切割定子繞組所產(chǎn)生的反電動勢很小，因而可能產(chǎn)生較大的電流。各功率管的導(dǎo)通順序依次為 VF1VF VF2VFVF3VF VF4VF VF5VF VF6VF1?？梢钥吹酱藭r的合成轉(zhuǎn)矩同樣增加了 3 倍。為了降低成本 ,簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ， 可采用三個霍爾元件作為轉(zhuǎn)子位置傳感器 ， 電機(jī)轉(zhuǎn)速及加速度由軟件根據(jù)傳感器信號 算出 。直接與 PWM 信號接口和霍爾位置傳感器接口 178。引腳 4（ CLOCK TIMING):時鐘定時端。時，施加零電平。引腳 1 1 16（ CURRENT SINK OUT):抽電流輸出端。 數(shù)字信號處理 (Digital Signal Processing,簡稱 DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng) 域的新興學(xué)科。 2407是 TI公司近年來推出的面向 DMC的 16位定點型數(shù)字信號處理器，它具有高速信號處理和數(shù)字控制所必須的體系結(jié)構(gòu)特點，而 且有為電機(jī)控制應(yīng)用提供單片機(jī)解決方案所必須的外圍設(shè)備。此外，現(xiàn)代廣泛采用 PWM算法，單片機(jī)中都沒有可以產(chǎn)生 PWM脈沖的硬件設(shè)備，都是通過軟件編程來實現(xiàn)。本文選擇霍爾 傳感器 ，下文對其 結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè) 計原則等方面做較詳細(xì)的介紹。功率變換器的設(shè)計包括電路結(jié)構(gòu)選擇和元件定額估算兩方面的內(nèi)容。采用 CMOS施密特觸發(fā)輸入，以提高電路抗干擾能力。 兩個高壓 MOS管推挽驅(qū)動器的最大灌入或輸出電流為 2A。 相電流檢測電路 4 過程論述 第 27 頁（共 37 頁） 檢測是直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)電流環(huán)控制的重要環(huán)節(jié)，對于電流檢測一般常用以下兩種方法 : CI)采用電流檢測模塊。但是，對于直流無刷電機(jī)的 控制特點，至少需要檢測兩相電流，需要兩組傳感器。當(dāng) HIN= LIN=1時， HO=1， LO=1， MOSFET導(dǎo)通，當(dāng) HIN=0， LIN=0時， HO=0， LO=0， MOSFET關(guān)斷。 直流無刷電動機(jī)控制電路設(shè)計 第 26 頁（共 37 頁） 引腳 1和 7是兩路獨(dú)立的輸出，分別是 LO(低端輸出 )和 HO(高端輸出 )，引腳 3和 6分別是 VCC(低端電源電壓 )和 VB(高端浮置電源電壓 )，引腳 9(VDD)是邏輯電路電源電壓，引腳 2(COM)是低端電源公共端，引腳 5和 13分別是 VS(高端浮置電源公共端 )和VSS(邏輯電路接地端 )，引 腳 10(HIN)是邏輯輸入控制端，引腳 11(SD)是輸入關(guān)閉端，引腳 12(LIN)是低端邏輯輸入。 通過前面的分析比較已經(jīng)選定三相全控 Y型功率變 換電路，此處不再贅述，下面主要介紹功率驅(qū)動電路。 反電動勢與電動機(jī)的轉(zhuǎn)速成直流無刷電動機(jī)控制電路設(shè)計 第 24 頁（共 37 頁） 正比 ,而轉(zhuǎn)矩與相電流也是成正比 的 。本文也不考慮這種方案。 2407具有 32位的 CALU和 32位累加器， 16179。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示 。引腳 17（ OUTPUT INHIBIT)：輸出禁止端。引腳 9（ LOGIC GROUND):邏輯地。 178。引腳 1（ Vcc1）：第一電源，邏輯部分和時鐘用電源， +5V 178。三相和思想無刷直流電動機(jī)兼容 雙極性驅(qū)動三相三角形聯(lián)結(jié)或星形聯(lián)結(jié)繞組 單極性驅(qū)動三相有中心抽頭的星形聯(lián)結(jié)繞組 三相電動機(jī)位置傳感器空間間距 30176。因此，在一些要求比較高的場合，一般使用 Y形連接全控電路。通過矢量合成，可以看到合成矢量增加了 3 倍 ,如圖 35(a),當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動 060 后合成轉(zhuǎn)矩如圖 (b),圖 (c)表示全部合成轉(zhuǎn)矩的方向。因此，在一些要求比較高的場合，一般不使用三相半控電路。 位置傳感器 在無刷直流電動機(jī)中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。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。于是電動汽車專用電機(jī)及驅(qū)動系統(tǒng)成為了研究的焦點 ,國外電動汽車驅(qū)動裝置實際應(yīng)用的交流電機(jī)主要有鼠籠異步電機(jī)和永磁同步機(jī) ,但目前認(rèn)為最適合用于電動汽車的電機(jī)是多相永磁無刷直流電機(jī) ,所以對無刷直流電動機(jī)控制的研究是十分有必要的。一個多世紀(jì)以來 ,直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)一直占主導(dǎo)地位 ,但 是由于傳統(tǒng)直流電動機(jī)均采用機(jī)械方法進(jìn)行換向 ,帶來不可克服的“機(jī)械磨損、電火花、噪聲、無線電干擾、壽命短”等致命弱點 ,因此 ,使其應(yīng)用范圍受到了一定限制 ,尤其是在高性能中、小功率伺服驅(qū)動場合。 (2)由于沒有轉(zhuǎn)子損耗 ,也無需定子勵磁電流分量 ,所以無刷直流電動機(jī)具有較高的效率和功率密度 ,對于同等容量的輸出 ,異步電機(jī)需要更大功率的整流器和逆變器。 無刷直流電動機(jī)與有刷直流電動機(jī)相比 ,具有以下特點 : (1)可靠性高、壽命長。據(jù)有關(guān)報道，我國消耗在電動機(jī)的電力占整個電力的 65%以上。對外加電壓而言，三相直流無刷電動機(jī)半控電路的反電動勢波形如圖所示 ： 圖 18反電動勢波形 通過計算可以得到電樞繞組的感應(yīng)電動勢的平均值為： 為了便于求出平均反電動勢，定義反電動系數(shù)和轉(zhuǎn)矩細(xì)數(shù)如下： 1 前言 第 11 頁（共 37 頁） 反電動勢系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)為常數(shù) ， 其大小同主電路的接法（三相半控或全控電路）以及功率晶體管的換相方式（如兩兩換相或三三換相）有關(guān)。 后，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的瞬時將出現(xiàn)負(fù)值，其總輸出轉(zhuǎn)矩的平均值更小。 根據(jù)上述假設(shè)，化簡之后可以得到其電子開關(guān)電路如下： R11 0 kR21 0 kR31 0 kQ1NP NQ2NP NQ3NP NB A T 11 .5 V來自霍爾元件的信號 圖 16半控電路 1 前言 第 9 頁（共 37 頁） 由于轉(zhuǎn)子磁場在氣隙中，是按照正弦規(guī)律分部的， B=BMsinθ這樣一來，如果在定子某一相（例如 B 相）繞組 中通一持續(xù)的直流量，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為 TM=ZLBMrIsinθ 其 中， Z 是每相繞組的有效導(dǎo)體數(shù)； L 是繞組中導(dǎo)線的有效長度，即磁鐵長度 (m)；r 是電動機(jī)中氣隙的半徑 (m)； I 是繞組相電流 (A) 。減小， Tm 減小 。 amp。用獲得位置信號相近方法取得速度信號，最簡單的速度傳感器是測頻式測速發(fā)電機(jī)與電子線路相結(jié)合。電度角，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當(dāng)于60176。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率 以一定的邏輯分配關(guān)系分配 給直流無刷電動機(jī)定子上的各相繞組，以便使電動機(jī)定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁場 。 一般而言，電機(jī)的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的（比如用 9繞組 6極，而不是 6繞組 6極），這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸而對齊，產(chǎn)生 類似步進(jìn)電機(jī)的效果，此種情況下轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生很大波動。測速時可能會用上光電和一些同步設(shè)備。經(jīng)過了幾十年的努力，直至上世紀(jì) 60 年代初終于實現(xiàn)了這一愿望。 counte