【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中斷的時間有兩個方法:一是改變PR2值, 一是對TIMER2置數, 改變其初始值。若電機需要反轉, 只需增加一個反轉狀態(tài)表即可。過流保護是控制器的最后防線，過流保護電阻用的是康銅絲，當系統(tǒng)電流超過最大保護電流值時，康銅絲會燒斷，從而起到保護作用。無位置傳感器的無刷直流電機的主要弱點是起動轉矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起動。如圖312所示，霍爾元件式位置傳感器結構簡單、體積小、價格低、可靠，但對工作溫度有一定要求，同時霍爾元件應靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號電平太低，不能正常工作。它對電機轉子位置進行檢測，其輸出信號經過邏輯變換后去控制開關管的通斷，使電機定子各相繞組按順序導通，保證電機連續(xù)工作。當 A、B 任意一個為低電平，則禁止新數據輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下輸出為低電平。當處于脈寬調制工作方式時，可以在引腳輸出分辨率高達10位的PWM信號。每個I/O引腳最大拉電流25mA PICF877單片機指令集系統(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。由于整個系統(tǒng)有多種模擬參數需要轉換成數字量，因此選用的單片機應該有多通道A/D轉換模塊。邏輯電路為兩路輸出提供相應的控制脈沖。表31對IGBT、GTR、GTO 和電力MOSFET的優(yōu)缺點的比較器 件優(yōu) 點缺 點但是這些專用芯片價格昂貴，外圍電路設計復雜，在廣大的民用市場無法大規(guī)模推廣應用。（4）實現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護電路。一般相數越多，轉矩的脈動越??；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉矩脈動小。第2章 無刷直流電動機控制系統(tǒng)設計方案 無刷直流電動機系統(tǒng)的組成 無刷直流電動機(Brushless DC Motor,簡稱BLDCM)是一種典型的機電一體化產品,它是由電動機本體、位置檢測器、,控制器對轉子位置信號進行邏輯處理并產生相應的開關信號,開關信號以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關器件,將電源功率以一定的邏輯關系分配給電動機定子各相繞組,使電動機產生持續(xù)不斷的轉矩.現(xiàn)對無刷直流電動機各部分的基本結構說明如下。目前無刷直流電機的應用范圍已遍及國民經濟的各個領域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動汽車、航空航天等領域已得到大量應用。然而，為了簡化控制電路，每個霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準點（r0=00）=00的控制條件下，A相繞組開始通電的時刻（即該相反電勢相位30度位置）恰好與A相位置傳感器輸出信號A的電平跳變時刻重合，此時應將T1開關管驅動導通。在較高速度上運行時，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置在與機殼相連的定子上，容易散熱。本設計是把無刷直流電動機作為電動自行車控制系統(tǒng)的驅動電機，以PIC16F72單片機為控制電路，單片機采集比較電平及電機霍爾反饋信號，通過軟件編程控制無刷直流電動機。在1978年漢諾威貿易博覽會上，前聯(lián)邦德國的MANNESMANN公司正式推出了 MAC無刷直流電動機及其驅動器，引起了世界各國的關注，隨即在國際上掀起了研制和生產無刷直流系統(tǒng)的熱潮，這業(yè)標志著無刷直流電動機走向實用階段。在次期間，轉子始終受到順時針方向的電磁轉矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉。 工作特性 電樞電流與輸出轉矩的關系、效率輸出轉矩的關系如圖15所示。存在轉矩脈動是無刷直流電動機的固有缺點，特別是隨著轉速升高，換相導致轉矩脈動加劇，并使平均轉矩顯著下降。不同的組合使電動機產生不同的性能和成本。在無刷直流電動機系統(tǒng)中安裝機械式位置傳感器解決了電機轉子位置的檢測問題。實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。（3）位置傳感器位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉子磁極位置的作用，為邏輯開關電路提供正確的換相信息。由于邏輯信號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。輸出驅動MOSFET接成源極跟隨器，另一只輸出驅動MOSFET接成共源極電路，高端的脈沖發(fā)生器驅動HV電平轉化器并觸發(fā)RS閂鎖置位或復位。使之具有卓越的性能，代表著單片機發(fā)展新的潮流。（2）RA0RA5：雙向可編程，亦可作為并行口。斷電復位鎖定，即當芯片電源電壓下降到某一值以后時，使芯片保持復位，當電源電壓恢復正常后恢復運行 在電動車實際使用當中，普遍采用機械觸點開關，平時常開，剎車時信號線對地短路作為剎車信號，即低電位剎車。 傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。對于兩相導通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機，三個霍爾元件在空間彼此相隔120176。幾個光電耦合開關沿圓周均布，每只光電耦合開關由相互對著的紅外發(fā)光二極管和光敏三極管組成。2 電流采樣通常對電機三相電流進行控制需要三個獨立的電流閉環(huán)，而永磁無刷直流電機采用兩相導通方式，即電機三相定子繞組在某一時刻只有兩相通電，導通的兩相繞組的電流大小相等，方向相反，因此任意時刻只需控制一個電流量。若正確, 輸出波PWM, 否則, 重新復位。3 PWM中斷時間控制中斷時間的控制與定時器時間控制相似。開始初始化 剎 車？ Y 欠 壓 ？ N Y 過 流 ？ N Y 工 作 模 式 設 置 N 讀 入 位 置 信 號 計 算 脈 沖 寬 度 輸 出PWM波顯 示 輸 出圖41 軟件流程圖結束語本文在廣泛查閱資料，了解無刷直流電機特性的基礎上，對無刷直流電機的控制原理進行了的研究，設計了一款簡單電動自行車用無刷直流電機控制器。主要實現(xiàn)了如下功能: (1)采用PIC16F72單片機作為主控芯片，加強了電動車的智能控制； (2)安全控制電機系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)的欠壓保護、過流保護； (3)設計了逆變器驅動電路、硬件過流保護電路，提高系統(tǒng)的可靠性。它在計數滿后復位到00h重新開始, 同時產生一個中斷信號。限流保護檢測是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經放大、A/D轉換后與設定的電流限定值進行比較, 若高于最高限定值, 則關閉輸出, 反之, 則正常運行。對于永磁無刷直流電機多采用后一種方法。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當遮光盤隨電機轉子一同旋轉時，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使其不斷導通和截至，其輸出信號反應了轉子的位置，經過放大后去驅動逆變器開關管。電角度。前者輸出模擬量，后者輸出數字量，可用于磁場的測量和控制。它的特點是可靠性高，但價格昂貴。程序保密位，可防程序代碼的非法拷貝 轉把復位信號：由單片機的第4腳讀入剎車信號：剎車信號由單片機的第5腳讀入。PIC系列單片機具有如下特點:(1)單片機種類豐富PIC最大的特點是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應用要求。 自舉電路原理圖33 驅動電路以一相為例，如圖33所示，當下管導通上管截止時，IR2110LO輸出為高，HO為低，隔離二極管導通，自舉電容C8充電，三極管C極電壓近似等于電源正極電壓；當下管截止上管導通時，隔離二極管D2截止，自居電容C8儲存的電荷給三極管C極供電，IR211HO為高，三極管導通，驅動MOSFET管柵極，使上管保持導通。IR2110 浮置電源采用自舉電路,其高端工作電壓可達500 V ,工作頻率可達到500 kHz。第3章 無刷直流電動機硬件設計 逆變主電路設計 功率開關主電路圖31 功率開關主電路原理圖逆變器將直流電轉換成交流電向電機供電。其主要作用是在保證電動自行車正常工作的前提下，提高電機和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護電機及蓄電池，以及降低電動自行車在受到破壞時的損傷程度。因此，國內外對無刷直流電動機的無位置運行方式給予高度重視。與普通直流電動機不同，無刷直流電動機的繞組是斷續(xù)通電的。（2）智能控制。 無刷直流電動機的應用與研究動向現(xiàn)階段，雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應用中占主導地位，但無刷直流電動機正受到普遍的關注?？梢?，電機有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時間對應于轉子旋轉120電角度。1986年，指出了無刷直流電動機的研究領域，成為無刷直流電動機的經典文獻，標志著無刷直流電動機在理論上走向成熟?，F(xiàn)階段，雖然各種交流電動機和直流電動機在傳動應用中占主導地位，但無刷直流電動機正受到普遍的關注。經過多年的努力，目前，國內已有無刷直流電動機的系列 產品，形成了一定的生產規(guī)模。其他時間段的開關管導通情況與此類似。無刷直流電機轉子采用永久磁鐵，其產生的氣隙磁通保持為常值，因而特別適用于恒轉矩運行；對于恒功率運行，無刷直流電機雖然不能直接改變磁通實現(xiàn)弱磁控制，但通過控制方法的改進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驗和規(guī)則有機地融入到傳動控制策略當中，現(xiàn)已成功地應用到許多方面。（2）轉矩脈動。（2）產生PWM調制信號，使電機的電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調速。 本設計采用單片機作為主控芯片，用編程的方法來模擬無刷電機的控制邏輯，其特點是使用靈活，通過修改程序可適應不同規(guī)格的無刷電機，增加系統(tǒng)功能方便，通常將此類控制器稱為數字式控制器。 逆變開關元件選擇和計算MOSFET在1960年由貝爾實驗室（Bell Lab.）的D. Kahng和 Martin Atalla首次實驗成功，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，且因為制造成本低廉與使用面積較小、高整合度的優(yōu)勢，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）的領域里，重要性遠超過BJT。 表32 　IR2110 工作參數參數最小值/ V最大值/ VVBVS + 10VS + 20VS 4500HOVSVBVCC1020LO0VCCVDDVCC + 4. 5VCC + 20VSS 5+ 5HIN ,SD ,LINVSSVDD(3)IR2110內部功能如圖32所示：圖32 IR2110內部框圖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驅動器將邏輯輸入信號送到相應的低阻抗輸出。單片機選擇依據：(1)性能因素。圖34 PIC系列單片機哈佛總線結構(3) RISC技術 RISC (Reduced Instruction Set Computer)是指精簡指令集計算機。帶8位AID轉換輸入 在眾多的電樞電壓控制方法中，脈寬調制 PWM( PulseWidth Modulation)技術因為需用的大功率可控器件少、線路簡單、調速范圍寬、電流波形系數好、附加損耗小、功率因數高的優(yōu)點，從而得到廣泛應用。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