【正文】 測電路。 由于通電相發(fā)生了變化，使定子磁場方向也發(fā)生了變化，與轉(zhuǎn)子永磁磁場相互作用，仍然會產(chǎn)生與前面過程同樣大的轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動。柵源極最近處并聯(lián) R4=10KΩ，抑制功率管誤導(dǎo)通。 LA58一 P型霍爾電流傳感器的典型連接如圖 47（ a）所示， LA58一 P型霍爾電流傳感器使用177。 DSP主控制程序控制并檢測整個系統(tǒng)的運行，接收檢測到的信號，并傳遞給控制裝置，完成系統(tǒng)的調(diào)速。可以很快地響應(yīng)和處理中斷事件，并可以在硬件和軟件中控制中斷的優(yōu)先級。因此，對無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用研究是很有實際意義的。 在即將畢業(yè)的時刻 ,借此機(jī)會向這四年學(xué)習(xí)中給予我諸多幫助的老師表示由衷的謝意 ,感謝他們四年來的教導(dǎo)和培養(yǎng)。如何通過控制策略抑西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 制轉(zhuǎn)矩脈動，還沒有比較成熟的方案。 圖 553 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)子程序流程圖 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 總結(jié)與展望 37 6 總結(jié)與展望 電動機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域以及人們的日常生活之中。當(dāng)檢測到外部 中斷信號時，即刻停止當(dāng)前運行任務(wù)轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷。 圖 51（ a） 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖 本課題軟件系統(tǒng)采用模塊化，自上而下的設(shè)計方案。 MAX232芯片功耗低，集成度高， +5V供電，具有兩個接受和發(fā)送通道。 PWM 驅(qū)動電路 合理的驅(qū)動電路對功率器件的安全工作及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。 轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過 60電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，在此期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 在 PWM調(diào) 速中，以下 3種方法都可以改變占空比的值： 1） .定寬調(diào)頻法：這種方法是保持 1t 不變，只改變 2t ，這樣使周期 T（或頻 無刷直流電機(jī)數(shù)字模型機(jī) PID 控制器的設(shè)計 21 率）也隨之改變。偏差變化的越快，微分控制器的輸出越大，并能在偏差值變大之前進(jìn)行修正。其中 Ra為電驅(qū)等效電阻， Ec為電驅(qū)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的反向電動勢，它和電驅(qū)轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越快，反向電動勢越大。Ra 為電樞繞組的平均電阻 。 圖 232（ a） 光電位置傳感器 無刷直流電機(jī)的基本原理 9 圖 232（ b） 遮光板 圖 232（ c） 光敏位置傳感器放大整形集成電路 霍爾式位置傳感器： 霍爾式位置傳感器是利用“霍爾效應(yīng)’’進(jìn)行工作的。而在其他 2個繞組BW 、 CW 上，因為非導(dǎo)磁材料的阻隔而不能形成磁路，所以感應(yīng)電壓為 0。 無刷直流電動機(jī)的基本工作原理 無刷直流電機(jī)工作原理圖如圖 22 所示。尤其在近十幾年來，隨著電機(jī)技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，無刷直流電動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。本課題就是基西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 于 TMS320F2812 DSP 芯片的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。隨著計算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，兩者的有機(jī)結(jié)合使電力拖動控制產(chǎn)生了新的變化。由于直流電動機(jī)具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，因而在工業(yè)場合應(yīng)用廣泛。每一次的技術(shù)升級都使控制系統(tǒng)的性能有較大地提高和改進(jìn)。 我國對無刷直流電機(jī)的研究起步比較晚，上世紀(jì)八十年代以前，國內(nèi)對無刷直流電機(jī)的研究幾乎空白。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。定子是由高頻導(dǎo)磁材料的鐵心制成，一般有 6個極，等間距分布，每個極上都纏有線圈。 光電元件一般是砷化鎵發(fā)光二極管和光敏三極管或光敏二極管。 式中， Ua 為電源電壓 。 無刷直流電機(jī)數(shù)字模型機(jī) PID 控制器的設(shè)計 17 圖 35 無刷直流電機(jī)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 PID 控制算法 PID控制調(diào)節(jié)器是對信號進(jìn)行比例積分微分校正運算的裝置。所以，必須 根據(jù)實際的系統(tǒng)控制要求來確定IT 。 無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n的表達(dá)式為： ??? K IRUn 其中， U為電驅(qū)端電壓， I為電驅(qū)電流， R為電驅(qū)電路的總電阻， ? 為每極磁通量， K為電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 電機(jī)主電路圖 三相無刷直流電動機(jī)的主電路圖如圖 43所示。上電時，通道 1需要在通道 2輸出電壓高于 ，并復(fù)位引腳 XRS必須在通道 1輸出電壓達(dá)到 。 SCI使用奇偶效驗，超時，幀出錯檢測確保數(shù)據(jù)的正確傳輸。兩個二極管構(gòu)成一個鉗位電路，保證了 DSP芯片的安全。正常運行的狀態(tài)下，控制系統(tǒng)主要是對無刷直流電機(jī)的實時調(diào)控，同時完成現(xiàn)場的通信和 PC機(jī)的監(jiān)控通信。 轉(zhuǎn)速采樣計算子程序 轉(zhuǎn)速采樣子程序是通 過位置傳感器檢測到的信號，得到當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)的集成度也需要進(jìn)一步提高。同時還得感謝我的摯友正是他們的幫助和支持才能使我克服一系列的困難和疑惑，直到本文的順利完成。 (2)通過對實際電機(jī)的仔細(xì)分析，利用 DSP主控制芯片，結(jié)合功率轉(zhuǎn)換模塊，完成了無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了對電機(jī)的實時控制。程序一旦進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，所有的可屏蔽中斷都被屏蔽。系統(tǒng)軟件的整體流程圖如圖 51（ b）所示。電流檢測信號一是用來反饋給 DSP用做電流 PI調(diào)節(jié)；二是用來實現(xiàn)過流保護(hù)功能。 PWM接口電路如圖 45(b)所示，主要采用雙軌供電的 SN74LVCC4245芯片，該芯片的 B口采用 ，和 DSP的 PWM引腳直接連接； A口采用 5V供電，可以為前級驅(qū)動三級管提供驅(qū)動信號。其供電芯片采用 TI公司的電源管理芯片 TPS767D318PWP。本系統(tǒng)采用的 DSP控制器為 TMS320F2812；控制板電路包括主回路電路，檢測電路 (電流，轉(zhuǎn)子位置，轉(zhuǎn)速 )，保護(hù)電路 (過流，欠壓 )，驅(qū)動電路，顯示電路 (LCD)以及電源設(shè)計等。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 積分環(huán)節(jié)的作用是把偏差的積累作為輸出。 無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 將式 (32)，式 (33)代入式 (35)，可得轉(zhuǎn)速為：m i n)/( rpW RIUU A aaTa ????? （式 310） 令 Ia=0,可得理想空載轉(zhuǎn)速： m in)/(0 rpW UU A Ta ???? （式 311） 電勢系數(shù) CK 和轉(zhuǎn)矩系數(shù) TK 電勢系數(shù) CK 是電動機(jī)單位轉(zhuǎn)速在電樞繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢的平均值。 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 無刷直流電機(jī)數(shù)字模型及 PID 控制器的設(shè)計 13 3 無刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型及 PID 控制器的設(shè)計 無 刷直流電機(jī)的運行特性 圖 31(a) 電驅(qū)繞組感應(yīng)電勢波形圖 以三相非橋式星形接法兩極電機(jī)為例，分析無刷直流電動機(jī)的運行特性。其中，發(fā)光二極管和光敏接收元件分別安裝在遮光板的兩側(cè)，固定不動；遮光板安裝在轉(zhuǎn)子上，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 無刷直流電動機(jī)的位置傳感器 無刷直流電動機(jī)的位置傳感器主要有三種： 電磁式位置傳感器： 無刷直流電機(jī)的基本原理 7 電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來實現(xiàn)位置測量的。檢測單元采集電機(jī)運行的相關(guān)信息，包括主回路電流信號、主驅(qū)動電壓信號、電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)相，并送給 DSP 主控制器。但是由于直流電機(jī)存在電刷、滑環(huán)等機(jī)械接觸部件，存在機(jī)械磨損，需維護(hù)和保養(yǎng)，而且會產(chǎn)生噪聲、無線電干擾和火花，因而不能在有粉塵、易燃易爆物質(zhì)的環(huán)境中工作。直流調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)容十分豐富，有開環(huán)控制系統(tǒng)，有閉環(huán) 控制系統(tǒng) 。 摘要 I 摘 要 無刷直流電動機(jī) (BLDC)是隨著電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)。用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)直流調(diào)速控制系統(tǒng)，選取 DSP 芯片作為控制器。直流電機(jī)有調(diào)速性能好、運行效率高等諸多優(yōu)點。 圖 13 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖 ① 各單元的主要作用： DSP 控制系統(tǒng)：它包含 DSP 控制單元和檢測單元。如此循環(huán)下去，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動起來了。它由發(fā)光二極管、光敏接收元件、遮光板組成，如圖 232(a)所示?；魻栁恢脗鞲衅饔捎诮Y(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，成本低，因此是目前在無刷直流電機(jī)上應(yīng)用最多的一種位置傳感器。由圖 31（ b）可以看出減小磁狀態(tài)角，可以減小電勢的脈動，因 而也就減小了轉(zhuǎn)矩波動 .對于 m 相電機(jī)磁狀態(tài)角 ma =2π /m，增加相數(shù)可以減小 ma ，但電機(jī)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子線路就要復(fù)雜。控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)pK ， pK 越大，控制越強(qiáng)，但過大的 pK 會導(dǎo)致系統(tǒng)的振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 PWM 技術(shù) 西安交通大學(xué)城市學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 PWM的理論基礎(chǔ)：沖量相等而面積不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其輸出環(huán)節(jié)的響應(yīng)波形基本相同。 圖 41 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖 電機(jī)控制平臺主電路設(shè)計 無刷直 流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 42所示，主要包括 DSP控制器部分和控制板電路。 供電電源電路 TMS320F2812需要兩路供電電源：內(nèi)核 。 圖 45（ a） PWM驅(qū)動電路 TMS320F2812的 PWM引腳的驅(qū)動能力小，不能滿足圖 45（ a）中 TA對驅(qū)動信號的要求，因此，需要設(shè)置 PWM接口電路。這樣電流信號就轉(zhuǎn)化為電壓信號了，他們之間存在一個比率關(guān)系。中斷服務(wù)程序中，首先讀取電流、電壓值，判斷是否有過壓、過流發(fā)生，若有則中斷服務(wù)，若沒有則進(jìn)行轉(zhuǎn)速 PID調(diào)節(jié)和電流的控制。對每個從外設(shè)來自中斷控制器的中斷都有一個特定的 SISR，在 SISR 中執(zhí)行對該外設(shè)事件的響應(yīng)?，F(xiàn)將本文的主要內(nèi)容總結(jié)如下： (1)詳細(xì)介紹了無刷直流電動機(jī)的工作原理與運行特性，建立了無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對調(diào)速系統(tǒng)的控制方案進(jìn)行了詳細(xì)分析，為系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。 同時我還要感謝在我寫作過程中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和前輩，他們的文章資料給予了我很多靈感和啟示。 (2)在控制策略方面，針對非線性和不確定性的問題， PID閉環(huán)控制方案還存在不能準(zhǔn)確實時的控制，由于一定的延時，如何在實時控制中取得滿意的效果，還有許多工作要做。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速通過位置傳感器獲得信號并傳輸給 DSP 主控制芯片，主控制芯片計算得到當(dāng)前的電機(jī)轉(zhuǎn)速。同時，當(dāng)系統(tǒng)需要人為設(shè)定或調(diào)整時，可以通過人機(jī)界面進(jìn)行人為設(shè)定。 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 31 5 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件整體設(shè)計 本課題的無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟件主 體包括四大部分 :系統(tǒng)初始化程序、DSP主控制程序、 MCU控制程序、中斷服務(wù)程序。