【正文】 本文所設(shè)計的基于PIC單片機的無刷直流電機控制器具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、保護功能完善、軟件采用模塊化設(shè)計易于用戶二次開發(fā)等特點。定時器在每個時間周期增加1。欠壓檢測是根據(jù)需要設(shè)定欠壓值, 然后采樣當(dāng)前電源電壓, 若電壓低于設(shè)定值,則關(guān)閉輸出, 相反, 則進行限流保護檢測。電流采樣方式可采取直接采樣兩相電流的方法或采樣直流母線電流的方法。遮光盤處于發(fā)光二極管和光敏三極管中間，盤上開有一定角度的窗口。電角度，永磁體的極弧寬度為180176。按照霍爾器件的功能可將它們分為:霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。同時也有少數(shù)高檔車采用霍爾元件做開關(guān)，剎車時輸出高電平給控制器，實現(xiàn)剎車斷電功能，即高電位剎車，也稱之為電子剎把。內(nèi)置自振式(RC振蕩)看門狗 電池欠壓信號：電池電壓經(jīng)分壓后接單片機管腳3。PIC系列單片機具有高，中，低3個檔次，可以滿足不同用戶開發(fā)的需求，適合在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于每個高電壓DMOS電平轉(zhuǎn)換器僅在 很狹窄的脈沖持續(xù)期內(nèi)才導(dǎo)通，所以功率很低。采用CMOS 施密特觸發(fā)輸入,以提高電路抗干擾能力。（4）周邊輔助、保護電路主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護電路、調(diào)速信號和制動信號等輸入電路?？刂破魇请妱幼孕熊嚨尿?qū)動系統(tǒng)，它是電動自行車的大腦。但是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，限制了無刷直流電動機的應(yīng)用范圍，對電機的制造工藝也帶來了不利的影響。綜合以下三個指標(biāo)有助于我們做出正確的選擇：（1）繞組利用率。減小轉(zhuǎn)矩脈動是提高無刷直流電動機性能的重要方面。圖15 工作特性在輸出額定轉(zhuǎn)矩時,電機效率高、損耗低是無刷直流電動機的重要特點之一。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。隨著人們對無刷直流電動機特性了解的日益深入，無刷直流電動機的理論也逐漸得到了完善。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。 無刷直流永磁電動機與有刷直流永磁電動機的比較表11 無刷直流永磁電動機與有刷直流永磁電動機的比較項目無刷直流電動機有刷直流電動機換向借助轉(zhuǎn)自子位置傳感器實現(xiàn)電子換向由電刷和換向器進行機械換向維護由于沒有電刷和換向器，很少需要維護需要周期性維護壽命比較長比較短機械（速度/力矩）特性平（硬）在負(fù)載條件下能在所有速度上運行中等平（中等硬）。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。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)控機床、機器人等應(yīng)用中，無刷直流電機比交流伺服電機和直流伺服電機顯示了更多的優(yōu)越性。隨著無刷直流電動機應(yīng)用范圍的擴大，智能控制技術(shù)將受到更廣泛的重視。無刷直流電動機的輸出轉(zhuǎn)矩脈動比普通直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動大。（3）對電動機進行速度閉環(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。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。 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來實現(xiàn)。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)。通過對該系統(tǒng)分析，8位單片機可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。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算機的結(jié)構(gòu)，更加簡單合理地提高計算機的運算速度。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。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。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。1 在無刷直流動機中常用的轉(zhuǎn)子位置傳感器轉(zhuǎn)子位置傳感器是永磁無刷直流電機的關(guān)鍵部件。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。當(dāng)電機體積較小、位置傳感器難以安裝時或電機工作在惡劣環(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更顯示出其獨特的優(yōu)越性。3 過流保護過流保護電路可以對MOSFET進行保護，將最大電流控制在設(shè)定范圍內(nèi)，當(dāng)達到閥值時關(guān)閉電機，避免了MOSFET上通過大電流燒毀的危險。這6個狀態(tài)對應(yīng)沒有明顯的簡單數(shù)量關(guān)系, 所以要實現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。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。盡管他帶工程實踐，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致的解答。 軟件流程圖系統(tǒng)軟件按順序掃描控制的模式編制。電動自行車直流無刷電機的轉(zhuǎn)速相對來說很低。對于無刷直流電機控制器，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，這些保護功能可以大大提高無刷直流電機控制器的可靠性。 周邊保護電路 電流采樣及過電流保護 圖313 電流采樣及過流保護圖1 電流信號電機主回路電流信號經(jīng)采樣電阻獲得。這種傳感器具有較高的強度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。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UDD 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。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轉(zhuǎn)速的大小。8位定時器/計數(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 (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。考慮到該設(shè)計要與市場接軌，因此價格問題尤為重要，要選擇一個性價比較高的單片機，包括單片機的單片價格和開發(fā)系統(tǒng)的造價。以提高抗擾能力。電樞額定電流IaH=，因為每個控制元件導(dǎo)通120o,所以控制元件的峰值電流可以由以下方程算出。 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)動單元的六個功率開關(guān)器件所要求的驅(qū)動順序。另一種是以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。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。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。2 定子三次諧波檢測法。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。 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。為了取代有刷直流電動機的機械換向裝置，人們進行了長期的探索。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。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。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。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。因此，目前以星形連接三相橋式主電路應(yīng)用最多。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。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。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。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。(3)價格因素。(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。16位定時器/計數(shù)器TMR 1，睡眠中仍可計數(shù) 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。 QA－QH :輸出端。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。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。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)。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。但是在電動自行車控制場合,這樣的想法是沒有必要的。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)。謝謝胡老師！參考文獻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