【正文】 types rapidly gaining popularity. BLDC motors are used in industries such as Appliances, Automotive,Aerospace, Consumer, Medical, Industrial Automation quipment and the name implies, BLDC motors do not use brushesfor mutation。因此, 要在中斷程序中控制下次PWM中斷的時(shí)間有兩個(gè)方法:一是改變PR2值, 一是對(duì)TIMER2置數(shù), 改變其初始值。若電機(jī)需要反轉(zhuǎn), 只需增加一個(gè)反轉(zhuǎn)狀態(tài)表即可。過流保護(hù)是控制器的最后防線，過流保護(hù)電阻用的是康銅絲，當(dāng)系統(tǒng)電流超過最大保護(hù)電流值時(shí)，康銅絲會(huì)燒斷，從而起到保護(hù)作用。無位置傳感器的無刷直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起動(dòng)。如圖312所示，霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、可靠，但對(duì)工作溫度有一定要求，同時(shí)霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號(hào)電平太低，不能正常工作。它對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，其輸出信號(hào)經(jīng)過邏輯變換后去控制開關(guān)管的通斷，使電機(jī)定子各相繞組按順序?qū)?，保證電機(jī)連續(xù)工作。當(dāng) A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下輸出為低電平。當(dāng)處于脈寬調(diào)制工作方式時(shí)，可以在引腳輸出分辨率高達(dá)10位的PWM信號(hào)。每個(gè)I/O引腳最大拉電流25mA PICF877單片機(jī)指令集系統(tǒng)只有35條指令，全部采用單字節(jié)指令，而且除4條判斷轉(zhuǎn)移指令發(fā)生間跳外，均為單周期指令，執(zhí)行速度較高。由于整個(gè)系統(tǒng)有多種模擬參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此選用的單片機(jī)應(yīng)該有多通道A/D轉(zhuǎn)換模塊。邏輯電路為兩路輸出提供相應(yīng)的控制脈沖。表31對(duì)IGBT、GTR、GTO 和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較器 件優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)但是這些專用芯片價(jià)格昂貴，外圍電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，在廣大的民用市場(chǎng)無法大規(guī)模推廣應(yīng)用。（4）實(shí)現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護(hù)電路。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)越小；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。第2章 無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成 無刷直流電動(dòng)機(jī)(Brushless DC Motor,簡(jiǎn)稱BLDCM)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器、,控制器對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào),開關(guān)信號(hào)以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關(guān)器件,將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動(dòng)機(jī)定子各相繞組,使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩.現(xiàn)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。目前無刷直流電機(jī)的應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用。然而，為了簡(jiǎn)化控制電路，每個(gè)霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準(zhǔn)點(diǎn)（r0=00）=00的控制條件下，A相繞組開始通電的時(shí)刻（即該相反電勢(shì)相位30度位置）恰好與A相位置傳感器輸出信號(hào)A的電平跳變時(shí)刻重合，此時(shí)應(yīng)將T1開關(guān)管驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通。在較高速度上運(yùn)行時(shí)，電刷摩擦增加，有用力矩減小效率由于沒有電刷壓降，所以效率高中等輸出功率/外形尺寸之比高由于電樞繞組設(shè)置在與機(jī)殼相連的定子上，容易散熱。本設(shè)計(jì)是把無刷直流電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以PIC16F72單片機(jī)為控制電路，單片機(jī)采集比較電平及電機(jī)霍爾反饋信號(hào)，通過軟件編程控制無刷直流電動(dòng)機(jī)。在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上，前聯(lián)邦德國(guó)的MANNESMANN公司正式推出了 MAC無刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，引起了世界各國(guó)的關(guān)注，隨即在國(guó)際上掀起了研制和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮，這業(yè)標(biāo)志著無刷直流電動(dòng)機(jī)走向?qū)嵱秒A段。在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 工作特性 電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、效率輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖15所示。存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是無刷直流電動(dòng)機(jī)的固有缺點(diǎn)，特別是隨著轉(zhuǎn)速升高，換相導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)加劇，并使平均轉(zhuǎn)矩顯著下降。不同的組合使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的性能和成本。在無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中安裝機(jī)械式位置傳感器解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)問題。實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護(hù)功能。（3）位置傳感器位置傳感器在無刷直流電動(dòng)機(jī)中起著測(cè)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。由于邏輯信號(hào)均通過電平耦合電路連接到各自的通道上,容許邏輯電路參考地(USS) 與功率電路參考地(COM) 之間有 5 V和+ 5 V 的偏移量,并且能屏蔽小于50 ns 的脈沖,這樣有較理想的抗噪聲效果。輸出驅(qū)動(dòng)MOSFET接成源極跟隨器，另一只輸出驅(qū)動(dòng)MOSFET接成共源極電路，高端的脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)HV電平轉(zhuǎn)化器并觸發(fā)RS閂鎖置位或復(fù)位。使之具有卓越的性能，代表著單片機(jī)發(fā)展新的潮流。（2）RA0RA5：雙向可編程，亦可作為并行口。斷電復(fù)位鎖定，即當(dāng)芯片電源電壓下降到某一值以后時(shí)，使芯片保持復(fù)位，當(dāng)電源電壓恢復(fù)正常后恢復(fù)運(yùn)行 在電動(dòng)車實(shí)際使用當(dāng)中，普遍采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)，平時(shí)常開，剎車時(shí)信號(hào)線對(duì)地短路作為剎車信號(hào)，即低電位剎車。 傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。對(duì)于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)，三個(gè)霍爾元件在空間彼此相隔120176。幾個(gè)光電耦合開關(guān)沿圓周均布，每只光電耦合開關(guān)由相互對(duì)著的紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。2 電流采樣通常對(duì)電機(jī)三相電流進(jìn)行控制需要三個(gè)獨(dú)立的電流閉環(huán)，而永磁無刷直流電機(jī)采用兩相導(dǎo)通方式，即電機(jī)三相定子繞組在某一時(shí)刻只有兩相通電，導(dǎo)通的兩相繞組的電流大小相等，方向相反，因此任意時(shí)刻只需控制一個(gè)電流量。若正確, 輸出波PWM, 否則, 重新復(fù)位。3 PWM中斷時(shí)間控制中斷時(shí)間的控制與定時(shí)器時(shí)間控制相似。開始初始化 剎 車？ Y 欠 壓 ？ N Y 過 流 ？ N Y 工 作 模 式 設(shè) 置 N 讀 入 位 置 信 號(hào) 計(jì) 算 脈 沖 寬 度 輸 出PWM波顯 示 輸 出圖41 軟件流程圖結(jié)束語本文在廣泛查閱資料，了解無刷直流電機(jī)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)無刷直流電機(jī)的控制原理進(jìn)行了的研究，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單電動(dòng)自行車用無刷直流電機(jī)控制器。主要實(shí)現(xiàn)了如下功能: (1)采用PIC16F72單片機(jī)作為主控芯片，加強(qiáng)了電動(dòng)車的智能控制； (2)安全控制電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的欠壓保護(hù)、過流保護(hù)； (3)設(shè)計(jì)了逆變器驅(qū)動(dòng)電路、硬件過流保護(hù)電路，提高系統(tǒng)的可靠性。它在計(jì)數(shù)滿后復(fù)位到00h重新開始, 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。限流保護(hù)檢測(cè)是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的電流限定值進(jìn)行比較, 若高于最高限定值, 則關(guān)閉輸出, 反之, 則正常運(yùn)行。對(duì)于永磁無刷直流電機(jī)多采用后一種方法。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤隨電機(jī)轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時(shí)，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使其不斷導(dǎo)通和截至，其輸出信號(hào)反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過放大后去驅(qū)動(dòng)逆變器開關(guān)管。電角度。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量，可用于磁場(chǎng)的測(cè)量和控制。它的特點(diǎn)是可靠性高，但價(jià)格昂貴。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 轉(zhuǎn)把復(fù)位信號(hào)：由單片機(jī)的第4腳讀入剎車信號(hào)：剎車信號(hào)由單片機(jī)的第5腳讀入。PIC系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn):(1)單片機(jī)種類豐富PIC最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來滿足不同層次的應(yīng)用要求。 自舉電路原理圖33 驅(qū)動(dòng)電路以一相為例，如圖33所示，當(dāng)下管導(dǎo)通上管截止時(shí)，IR2110LO輸出為高，HO為低，隔離二極管導(dǎo)通，自舉電容C8充電，三極管C極電壓近似等于電源正極電壓；當(dāng)下管截止上管導(dǎo)通時(shí)，隔離二極管D2截止，自居電容C8儲(chǔ)存的電荷給三極管C極供電，IR211HO為高，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)MOSFET管柵極，使上管保持導(dǎo)通。IR2110 浮置電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達(dá)500 V ,工作頻率可達(dá)到500 kHz。第3章 無刷直流電動(dòng)機(jī)硬件設(shè)計(jì) 逆變主電路設(shè)計(jì) 功率開關(guān)主電路圖31 功率開關(guān)主電路原理圖逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機(jī)供電。其主要作用是在保證電動(dòng)自行車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護(hù)電機(jī)及蓄電池，以及降低電動(dòng)自行車在受到破壞時(shí)的損傷程度。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置運(yùn)行方式給予高度重視。與普通直流電動(dòng)機(jī)不同，無刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組是斷續(xù)通電的。（2）智能控制。 無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與研究動(dòng)向現(xiàn)階段，雖然各種交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動(dòng)機(jī)正受到普遍的關(guān)注?？梢姡姍C(jī)有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。1986年，指出了無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究領(lǐng)域，成為無刷直流電動(dòng)機(jī)的經(jīng)典文獻(xiàn)，標(biāo)志著無刷直流電動(dòng)機(jī)在理論上走向成熟?，F(xiàn)階段，雖然各種交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無刷直流電動(dòng)機(jī)正受到普遍的關(guān)注。經(jīng)過多年的努力，目前，國(guó)內(nèi)已有無刷直流電動(dòng)機(jī)的系列 產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。其他時(shí)間段的開關(guān)管導(dǎo)通情況與此類似。無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，其產(chǎn)生的氣隙磁通保持為常值，因而特別適用于恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行；對(duì)于恒功率運(yùn)行，無刷直流電機(jī)雖然不能直接改變磁通實(shí)現(xiàn)弱磁控制，但通過控制方法的改進(jìn)也可以獲得弱磁控制的效果。其中，模糊控制是把一些具有模糊性的成熟經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則有機(jī)地融入到傳動(dòng)控制策略當(dāng)中，現(xiàn)已成功地應(yīng)用到許多方面。（2）轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。（2）產(chǎn)生PWM調(diào)制信號(hào)，使電機(jī)的電壓隨給定速度信號(hào)而自動(dòng)變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)開環(huán)調(diào)速。 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控芯片，用編程的方法來模擬無刷電機(jī)的控制邏輯，其特點(diǎn)是使用靈活，通過修改程序可適應(yīng)不同規(guī)格的無刷電機(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。 逆變開關(guān)元件選擇和計(jì)算MOSFET在1960年由貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab.）的D. Kahng和 Martin Atalla首次實(shí)驗(yàn)成功，這種元件的操作原理和1947年蕭克萊（William Shockley）等人發(fā)明的雙載子晶體管（Bipolar Junction Transistor, BJT）截然不同，且因?yàn)橹圃斐杀镜土c使用面積較小、高整合度的優(yōu)勢(shì)，在大型積體電路（LargeScale Integrated Circuits, LSI）或是超大型積體電路（Very LargeScale Integrated Circuits, VLSI）的領(lǐng)域里，重要性遠(yuǎn)超過BJT。 表32 　IR2110 工作參數(shù)參數(shù)最小值/ V最大值/ VVBVS + 10VS + 20VS 4500HOVSVBVCC1020LO0VCCVDDVCC + 4. 5VCC + 20VSS 5+ 5HIN ,SD ,LINVSSVDD(3)IR2110內(nèi)部功能如圖32所示：圖32 IR2110內(nèi)部框圖LO （引腳1） :低端輸出COM（引腳2） :公共端Vcc（引腳3） :低端固定電源電壓Nc （引腳4） :空端Vs （引腳5） :高端浮置電源偏移電壓VB (引腳6) :高端浮置電源電壓HO （引腳7） :高端輸出Nc （引腳8） :空端VDD（引腳9） :邏輯電源電壓HIN（引腳10）:邏輯高端輸入SD （引腳11）:關(guān)斷LIN（引腳12）:邏輯低端輸入Vss（引腳13）:邏輯電路地電位端，其值可以為0VNc （引腳14）:空端功能概述IR2110驅(qū)動(dòng)器將邏輯輸入信號(hào)送到相應(yīng)的低阻抗輸出。單片機(jī)選擇依據(jù)：(1)性能因素。圖34 PIC系列單片機(jī)哈佛總線結(jié)構(gòu)(3) RISC技術(shù) RISC (Reduced Instruction Set Computer)是指精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。帶8位AID轉(zhuǎn)換輸入 在眾多的電樞電壓控制方法中，脈寬調(diào)制 PWM( PulseWidth Modulation)技術(shù)因?yàn)樾栌玫拇蠊β士煽仄骷?、線路簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍寬、電流波形系數(shù)好、附加損耗小、功率因數(shù)高的優(yōu)點(diǎn)，從而得到廣泛應(yīng)用。面板顯示電路如圖39所示：圖39 面板顯示電路圖1 74LS164引腳圖74LS164為8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出）圖310 74LS164引腳圖如圖31