【正文】 r electromotive force。在接下來(lái)的內(nèi)容 中 ,對(duì)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)論述；接著闡述 了無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置 檢測(cè)方法；接著 介紹了 算法的軟件實(shí)現(xiàn)、軟件濾波和相移校正、換相點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)；最后詳細(xì)論述了系統(tǒng) 軟件 的實(shí)現(xiàn)方法。 評(píng)審意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）： _______分 X （注：此頁(yè)不夠，請(qǐng)轉(zhuǎn)反面） 直流無(wú)刷 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目 評(píng)閱教師 職 稱 評(píng)閱日期 評(píng)閱參考內(nèi)容： 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )的研究?jī)?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(wèn)題與 不足。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸VIII 相聯(lián)結(jié)。 基本要求如下： 了 解無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理、控制方式以及無(wú)刷直流電機(jī)控制器的軟硬件設(shè)計(jì)方案； 硬件設(shè)計(jì)的組成部分有電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、霍爾位置檢測(cè)電路、驅(qū)動(dòng)信號(hào)預(yù)處理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)電路等模塊電路組成； 軟件設(shè)計(jì)則通過(guò)由硬件采集到得位置信號(hào)、電流信號(hào)、剎車(chē)信號(hào)、過(guò)流信號(hào)、欠壓信號(hào)等，通過(guò)單片機(jī)的處理，分別作出換相、同步整流、 PWM 調(diào)制、剎車(chē)、過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)等一些相應(yīng)的輸出動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制的目的。通過(guò)電位器或按鍵控制加、減速。 二、 研究目的及意義 當(dāng)前，隨著保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源的呼聲日益高漲，無(wú)污染、能源可多樣化配置的新型交通工具引起了人們的普遍關(guān)注，同時(shí)也得到了極大的發(fā)展，電動(dòng)自行車(chē)便是其中之一。 （ 3）電機(jī)運(yùn)行的要求是：運(yùn)行平穩(wěn)，不允許有抖動(dòng)；起動(dòng)有力，快捷。 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn) ........................... IX 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) ................................ X 長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定 ......................... XI 摘要 ............................................................. VI Abstract ........................................................ VII 1 前言 ........................................................... 3 1． 1 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本組成 ....................................... 2 1． 2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 ....................................... 4 1． 3 電機(jī)的運(yùn)行特性和傳遞函數(shù) ....................................... 8 2 選題背景 ........................................................... 12 3 方案論證 ...................................................... 14 系 統(tǒng)概述 ....................................................... 14 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的主回路設(shè)計(jì) ..................................... 16 單片機(jī)控制方案 ................................................. 19 芯片簡(jiǎn)介 ................................................ 19 位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī) ....................................... 22 ....................................................... 23 DSP 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ....................................... 23 系統(tǒng)功率變換器的設(shè)計(jì) ........................................... 24 .............................................. 24 .............................................. 26 相電流檢測(cè)電路 ................................................. 26 位置檢測(cè)電路 ................................................... 28 系統(tǒng)保護(hù)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) ............................................. 29 過(guò)、欠壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì) .................................... 29 過(guò)熱保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ........................................ 30 過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ........................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 6 完成畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求 (1) 微機(jī)、單片機(jī)仿真器 (2) 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)；電子器件 (3) 上機(jī)機(jī)時(shí)： 150 任務(wù)書(shū)批準(zhǔn)日期 2021 年 3 月 13 日 教研室 (系 )主任 (簽字 ) 任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2021 年 3 月 13 日 指導(dǎo)教師 (簽字 ) 完 成任務(wù)日期 2021 年 6 月 10 日 學(xué)生（簽名） 開(kāi)題報(bào)告日期 2021 年 3 月 15 日 III 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě)內(nèi)容及要求 一、 題目來(lái)源 二、 研究目的和意義 三、 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 四、 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 五、 主要研 究?jī)?nèi)容、需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 六、 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所必須具備的工作條件（如工具書(shū)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、某類市場(chǎng)調(diào)研、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件等）及解決的辦法 七、 工作的主要階段、進(jìn)度與時(shí)間安排 八、 指導(dǎo)教師審查意見(jiàn) 注 1： 格式 要求 ： （ 1）題 目 名稱 ： 要求與畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 名稱一致 ，小二號(hào)，黑體加粗，居中，段前后各空一行。鑒于無(wú)刷直流電機(jī)的上述優(yōu)點(diǎn)以及無(wú)刷直流電機(jī)作為控制對(duì)象的電動(dòng)自行車(chē)在消費(fèi)市場(chǎng)的巨大潛力，本設(shè)計(jì)試以 C51 單片機(jī)為主控制 芯片，設(shè)計(jì)一款無(wú)刷直流電機(jī)控制器。在企業(yè)中生產(chǎn)高性能、大容量這種電機(jī)的廠家還沒(méi)有，只有生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能較低、容量在 以下、用于電動(dòng)自行車(chē)電機(jī)的廠家。通過(guò)實(shí)踐到廠里進(jìn)行觀察、調(diào)查、自己動(dòng)手等方法來(lái)完成無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。 六、 工作條件 計(jì) 算機(jī)一臺(tái) 相關(guān)器件 圖書(shū)館及網(wǎng)絡(luò) 參考資料 七、進(jìn)度安排 3 月 15 號(hào) 3 月 20 號(hào) 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 3 月 21 號(hào) 4 月 7 號(hào) 完成外文翻譯任務(wù)并購(gòu)買(mǎi)相關(guān)器件 4 月 8 號(hào) 4 月 20 號(hào) 對(duì)課題進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，以求達(dá)到預(yù)期目的。該系統(tǒng)基于 單片機(jī)對(duì)其外圍器件的控制來(lái) 實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的 相關(guān)控制。 (3)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，功率變換電路 的選擇， 相關(guān)外圍 電路的設(shè)計(jì)。 SCM。 無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，如汽車(chē)、工具、工業(yè)工控、自動(dòng)化以及航空航天等等。因而 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、位置傳感器、霍爾傳感器（速度控制）、電子開(kāi) 關(guān)線路組成。 如上圖所示，位置傳感器由三只光電式位置傳感元件組成，空間互成 120176。 1． 2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的原理圖如下所示： 1 前言 第 5 頁(yè)（共 37 頁(yè)） 圖 13電機(jī)原理圖 主電路是一個(gè)典型的電壓型交 直 交電路 。 直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè)（共 37 頁(yè)） 圖 14 三相全控橋的六種通電情況示意圖 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì)產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組?？刂齐娐酚?作控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、電流 (或轉(zhuǎn)矩 )以及保護(hù)電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等。178。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來(lái)源于永磁體，所以不像 異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無(wú)交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無(wú)銅耗又無(wú)鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高 10%左右。若晶體管導(dǎo)通時(shí)間提前或滯后，均將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)值增加，平均值減小。 處實(shí)際換相。 綜上所述，得到直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)方程組為： 其 中， TL是電動(dòng)機(jī)的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩； GD2足電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪力矩 (N178。 直 流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)一般由電子換相電路、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路和電動(dòng)機(jī)本體三部分組成，電子換相電路一般由控制部分和驅(qū)動(dòng)部分組成，而對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)一般用位置傳感器來(lái)完成。 (2)無(wú)電器接觸火花且無(wú)線電干擾少。 基于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)以上的優(yōu)點(diǎn) ,故而無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 (3)在光機(jī)電一體化中的應(yīng)用。相應(yīng)對(duì) 電動(dòng)機(jī)的要求從過(guò)去簡(jiǎn)單的啟動(dòng)控制、提供動(dòng)力，發(fā)展到要求對(duì)轉(zhuǎn)速、位置、轉(zhuǎn)矩 等精確控制，以使驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)達(dá)到預(yù)定的技術(shù)性能，從而促進(jìn)了電動(dòng)機(jī)與電子產(chǎn) 品結(jié)合成密不可分的機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展。 因而采用后一種控制方式，3 方案論證 第 15 頁(yè)（共 37 頁(yè)） 采用單片機(jī)作為主控芯片，用編程的方法來(lái)模擬無(wú)刷電機(jī)的控制邏輯，其特點(diǎn)是使用靈活，通過(guò)修改程序可適應(yīng)不同規(guī)格的無(wú)刷電機(jī)，增加系統(tǒng)功能方便，通常將此類控制器稱為數(shù)字式控 制器。 常見(jiàn)的三相半控電路如圖 3 — 2 所示。 VF VF VF5為 P通道 MOSFET，低電平時(shí)導(dǎo)通； VF VF VF6為 N通道 MOSFET，高電平時(shí)導(dǎo)通。 V F 1 V F 5V F 4 V F 6 V F 2V F 3三相直流譯碼電路U1H1H2H3無(wú)刷電動(dòng)機(jī)ABC 圖 3— 6 △形連接繞組三相全控橋式電路 當(dāng)電路采用兩兩通電方式時(shí)，通電順序?yàn)?VF1VF VF2VF VF3VF VF4VFVF5VF VF6VF1。在系統(tǒng)中，采用了 PWM技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的 。 178。引腳 3（ DEADTIME ENABLE):死區(qū)時(shí)間使能端。引腳 8（ 30/60SELECT):30/60 選擇端。 178。引腳 18（ MOTOR SUPPLY VOLTAGE): Vcc2（ +5—— 40V）端，第二電源 限流電路： 3 方案論證 第 21 頁(yè)（共 37 頁(yè)） 321411U 1 : AL M 3 2 4R11 0 kR21 0 kC11 n 8UfUo 圖 39限流電路 Uf 同數(shù) /模轉(zhuǎn)換器的輸出電壓 U0 分別送到 LM324 運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端，一旦反饋電壓 Uf大于來(lái)自數(shù) /模轉(zhuǎn)換器的給定信號(hào) U0,則 LM324運(yùn)算放大器輸出為低電平，通過(guò)非門(mén)變?yōu)楦唠娖捷斎氲?LM621 的引腳 17，使輸出關(guān)斷，從而截?cái)嗔酥绷鳠o(wú)刷電動(dòng)機(jī)定子繞組的所有電流通路，迫使電動(dòng)機(jī)電流下降，一旦電流下降到時(shí) Uf 小于 U0,則 LM324 運(yùn)算放大器輸出回到高電平，通過(guò)非門(mén) 變?yōu)榈碗娖?，?LM621 的 17腳， LM621 正常工作 。與傳統(tǒng)的控制方式相比，數(shù)字控制系統(tǒng)不僅大大降低硬件電路的復(fù)雜程度，而且獲得了更高的性價(jià)比。 2407采用改進(jìn)型哈弗結(jié)構(gòu)，支持獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可以同時(shí)處理指令和數(shù)據(jù)，大大的提高了運(yùn)算速度。因此，該系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值。然后 ,與速度參考值比較 ,得到速度差值 信號(hào) ,經(jīng)過(guò)一個(gè) PI 控制器 （微分） 調(diào)節(jié)以后 ,得到相應(yīng)的電流參考信號(hào)。圖中的電容 C是自舉電容，二極管 D是快速恢復(fù)二極管， 當(dāng)功率管 M2開(kāi)通， M1關(guān)斷時(shí)， Vcc經(jīng)快速恢復(fù)二極管 D、 自舉電容 C、 M2給自舉電容 C充電，以保證當(dāng) M2關(guān)斷而要開(kāi)通 M1時(shí)， M1管的柵極能夠依靠自舉電容上足夠的儲(chǔ)能來(lái)驅(qū)動(dòng)其開(kāi)通，從而實(shí)現(xiàn)自舉式驅(qū)動(dòng)。輸人邏輯電路與 TI39。其電平典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為 ／ To =120 ns／ 94 ns。在直流側(cè)接相應(yīng)阻值和功率的分流電阻，通過(guò)測(cè)量電阻上的電壓，