【正文】 電動(dòng)勢。無刷直流電動(dòng)機(jī)還具2 選題背景 第 13 頁（共 37 頁） 有高能量密度 ,高轉(zhuǎn)矩慣性比、高效率等特點(diǎn) ,在快速性、可控性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面具有明顯的優(yōu)勢 ,且制造和維修成本大大降低。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是指以電能為電源 ,通過電動(dòng)機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)器及傳感器與控制器進(jìn)行能量變換的動(dòng)力系統(tǒng) ,是世界主要?jiǎng)恿θ骸? 我國無刷直流電機(jī)的研制工作始于二十世紀(jì) 70年代初期，主要集中在一些科研院所和高等院校。在三相半控電路中，要求位置傳感器的輸出信號(hào) 1/3 周期為高電平， 2/3 周期為低電平，并要求各傳感器之間的相位差也是 1/3 周期，如圖 3— 3所示。此時(shí)，繞組的連接是 B與 C兩相繞組串聯(lián)后再同 A相繞組并聯(lián)，如果假定流過 A相繞組的電流為 I，則流過 B和 C兩相繞組的電流分別為 1/2。有可調(diào)死區(qū)時(shí)間及其時(shí)鐘振蕩器 圖 37無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)框圖 直流無刷電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 第 20 頁（共 37 頁） 178。時(shí)，該端施加高電平； 60176。 TI公司推 出了面向運(yùn)動(dòng)控制、電動(dòng)機(jī)控制的 TMS320LF2407系列 DSP控制器 ,它把一個(gè) 16位的定點(diǎn) DSP核和用于控制的外設(shè)、大容量的片上存儲(chǔ)器集成在單一芯片上 ,為電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)注入了新的活力。系統(tǒng)中元器件的 增加使得系統(tǒng)的可靠性及可維護(hù)性降低，增加了印制電路板的尺寸，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的成本；單片機(jī)的處理速度都比較慢（指令周期為 ms或 us級(jí)），因此，對于一些可以提高系統(tǒng)性能的復(fù)雜控制算法，如模糊控制、魯棒算法等，很難做到實(shí)時(shí)執(zhí)行。 系統(tǒng)功率變換器的設(shè)計(jì) 無刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功率變換器 (即主回路 )由開關(guān)電路組成，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，功率變換器接受控制電路的指令，將系統(tǒng)的工作電源 (直流電源或交流整流電源 )轉(zhuǎn)換為無刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。 邏輯信號(hào)均通過電平連接到各自的通道上，容許邏輯電路參考地(vss)與功率電路參考地 (COM)之間有一 5和 +5的偏移量，并且能屏蔽小于 50 ns的脈沖，有較理想 的抗噪聲效果。檢測輸出信號(hào)可以直接由 DSP芯片接受，但是造價(jià)很貴。 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)如 上 圖 所示 ，其中包括：邏輯輸人、電平轉(zhuǎn)換、保護(hù)、上橋臂輸出和下橋臂輸出。 根據(jù)這些特點(diǎn) ,可以采用如下 所示的 控制策略 ： 圖 41 直流無刷電動(dòng)機(jī)的速度和電流控制 如圖所示上述系統(tǒng)包含 一個(gè)速度調(diào)節(jié)環(huán)和一個(gè)電流調(diào)節(jié)環(huán)。 16位的乘法器。對該引腳施加高電平時(shí)， 輸出被關(guān)閉。引腳 7（ HS HS HS3）：霍爾位置傳感器輸入端?；?60176。 直流無刷電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 第 18 頁（共 37 頁） 圖 35 Y形連接繞組兩兩通電時(shí)合成轉(zhuǎn)矩矢量圖 3．三相△形連接全控電路 直流無刷電動(dòng)機(jī)的三相△形連接主回路如圖 3— 6所示。 周邊輔助、保護(hù)電路主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護(hù)電路、調(diào)速信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)等輸入電路。 自二十世紀(jì)九十年代以后，人類更加關(guān)注環(huán)境保護(hù)，節(jié)約能源及國民經(jīng) 濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。 (3)盡管異步電機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍和成熟 ,但由于其非線形本質(zhì) ,控制系統(tǒng)極為復(fù)雜。 直流電動(dòng)機(jī)以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩特性在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但普通的直流電動(dòng) 機(jī)由于需要機(jī)械換相和電刷，可靠性差，需要經(jīng)常維護(hù)；換相時(shí)產(chǎn)生電磁干擾，噪聲大，影響了直流電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用。因此在三相半控電路情況下，特別是在起動(dòng)時(shí)， γ o不宜大于 30； 一般情況下， 考慮到傳感器延時(shí)、處理器執(zhí)行時(shí)間、放大器移相等諸多環(huán)節(jié)造成的延時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)奶崆敖?，總是盡力為把 γ o角調(diào)整到稍大于 0176。發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止。 直流無刷電機(jī)的換向電路由驅(qū)動(dòng)及控制兩部分組成 ， 驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組，并受控于控制電路。各相繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來自位置傳感器的信號(hào)。過程控制、機(jī)械控制和運(yùn)輸控制等很多都屬于這類應(yīng)用。 mutation detection。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問題的能力， 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水 平，是否同意參加答辯 。 課題研究的方法： 計(jì)劃采用理論分析研究與實(shí)驗(yàn)分析相結(jié)合的研究方法。由于電子控制技術(shù)的不斷發(fā)展， 使得對大量應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)性能、質(zhì)量的要求越來越高，如：低噪聲、高性能、長壽命、小型化、高效節(jié)能的要求。 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 題目名稱： 直流無刷電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 題目類型： 目錄 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． Ⅰ 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開題報(bào)告 ..............................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 而無刷直流電動(dòng)機(jī)既具備交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具備直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，同時(shí)克服了有刷直流電機(jī)由于機(jī)械電刷和換向器的存在所帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等弊病，所以以無刷直流電機(jī)作為電動(dòng)馬達(dá)的電動(dòng)自行車產(chǎn)品逐漸受到消費(fèi)者的青睞。 VII 首先通過 查找資料熟悉并掌握單片機(jī)的基本原理，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)廠家進(jìn)行了解。 評語： XI 評閱教師簽名： 評定成績（百分制）： _______分 （注：此頁不夠，請轉(zhuǎn)反面） 長江大學(xué) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )答辯記錄及成績評定 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )題目 答辯時(shí)間 年 月 日 ～ 時(shí) 答辯地點(diǎn) 一、答辯小組組成 答辯小組組長： 成 員： 二、答辯記錄摘要 答 辯小組 提問（分條摘要列舉） 學(xué)生 回答情況評判 三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定 （百分制） ： _______分 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )最終成績評定 (依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )評分的相關(guān)規(guī)定 ) 等級(jí) (五級(jí)制 )： _______ XII 答辯小組組長 (簽名 ) ： 秘書 (簽名 )： 年 月 日 院 (系 )答辯委員會(huì)主任 (簽名 )： 院 (系 )(蓋章 ) 電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 【 摘要 】 本文 以永磁方 波無刷直流電 動(dòng)機(jī) 為控制對象，設(shè)計(jì)了一套無刷直流電機(jī)調(diào)速 控制 系統(tǒng)。 sensor。 1． 1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本組成 無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞在定子上，是靜止的，主要是通過控制電樞電流來控制磁場的變化，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁場始終垂直的磁場。但 是位置傳感器所產(chǎn)生的信號(hào) 不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制邏輯開關(guān)單元。目前，驅(qū)動(dòng)電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開關(guān)狀態(tài)，相應(yīng)電路組成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路?？梢哉f，無刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在 1%左右， 遠(yuǎn)小于所要求的 5%， 并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速 范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。 , 選擇適當(dāng)?shù)奶崆敖?，使得在上述諸因素的影響下，真正能在 γ o=0176。為了克服機(jī)械換相帶來的缺點(diǎn)，以電子換相取代機(jī)械換相的無刷電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。永磁同步電動(dòng)機(jī)把交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的磁場定向控制轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子位置定向控制 ,而無刷直流電動(dòng)機(jī)則進(jìn)一步將其簡化為離散六狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、精密機(jī)械技 術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及人工智能技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，以機(jī)械為 主體的工業(yè)、民用產(chǎn)品不斷采用高新 技術(shù)，并向自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。 圖 31控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖 直流無刷電動(dòng)機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 第 16 頁（共 37 頁） 直流無刷電動(dòng)機(jī)的主回路設(shè)計(jì) 了解直流無刷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，首先必須了解其定子繞組與電子換向器之間的各種連接方法；由于定子繞組為三相繞組的直流無刷電動(dòng)機(jī)在實(shí)際生活中最為常用，因此在此著重加以討論。該連接電路的組成元件與三相 Y形連接全控橋式電路類似。 四相電動(dòng)機(jī)位置傳感器空間間距 90176。 178。 178。 2407的主要功能： CX DSP內(nèi)核，內(nèi)部存儲(chǔ)器，事件管理器和片內(nèi)外接口。首先 ,根據(jù)所檢測到的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào) ,計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)速度 。邏輯輸人端采用施密特觸發(fā)電路，提高抗干擾能力。 C2)采用一個(gè)分流電阻間接測流。L／ CMOS電平兼容，其輸入引腳閥值與電源 V+成比例，為電源電壓 V+的 10％ ，各通道相對獨(dú)立。電流參考信號(hào)與實(shí)際的電動(dòng)機(jī)相電流信號(hào)相比較 ,差值經(jīng) PID 控制器 （微分與積分）調(diào)節(jié)后 ,將適當(dāng)?shù)?PWM（脈寬） 信號(hào)施加到電動(dòng)機(jī)的功率電子主回路 (功率變換器 )上 ,通過控制功率晶體管的開通關(guān)斷順序和時(shí)間 ,可改變電動(dòng)機(jī)定子繞組中的電流大小和繞組的導(dǎo)通順序 ,從而實(shí)現(xiàn)對直流無刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的控制。 TMS320 LF2407A 電流梀測 位置 /速度檢測 保護(hù)電路 隔離驅(qū)動(dòng) AD C B A P PDPINTP W M 4 過程論述 第 23 頁（共 37 頁） 采用單片機(jī)控制方案 ,由于單片機(jī)本身結(jié)構(gòu)的限制，以之為核心所組成的單片機(jī)控制系統(tǒng)需要外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器 ,外接模擬 /數(shù)字（ A/D）轉(zhuǎn)換器等。 采用 DSP (數(shù)字信號(hào)處理器 )控制方案 為了 使電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)既可以適用于一般的應(yīng)用場合，又可以滿足一些高精度、高性能的控制要求。三相電動(dòng)機(jī)傳感器空間間距 30176。輸出端直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管（可提供 35mA 基極電流）或 MOSFET 功率器件 178。當(dāng) VF1VF2通電時(shí)，電流從 VF1流入，分別通過 A相繞組和 B， C兩相繞組，再從 VF2管流出。La Lb LcV F 3V F 2V F 1U1H1H2H3 圖 3— 2 三相半控電路 圖 3— 2中， L L L3 為電動(dòng)機(jī) A、 B、 C三相繞組； VF VF VF3 為 3 個(gè)大功率 MOSFET 管，主要起開關(guān)作用； H H H3 為來自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)。而永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)就是這種產(chǎn)品 的典型之一。 (1)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用。工作時(shí)，控制器根據(jù)位置傳感器測得的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有序的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路中的各個(gè)功率管，進(jìn)行有序換流，以驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī) 無刷直流電動(dòng)機(jī)用一套電子換向裝置代替了有刷直流 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置 ,保留了有刷直流電動(dòng)機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能 ,同時(shí)又克服了有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來的噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短等一系列缺點(diǎn)。這樣，電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩 Ta 最大，可改善電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性和效率。 由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù) (P)影響： N=120． f / P 在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 逆變器提供等幅等頻調(diào)制波的對稱交變矩形波 ， 。 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1— 1所示。 1 前言 一個(gè)多世紀(jì)以來，電動(dòng)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(gè)領(lǐng)域以及人們的日常生活中。 本課題是一個(gè)理論性課題，本文的撰寫目的是討論無刷直流電機(jī)的控制方法。 課題研究的措施： 查找相關(guān)資料了解課題相關(guān)內(nèi)容；設(shè)計(jì)出多個(gè)電路設(shè)計(jì)方案，并對方案進(jìn)行對比分析， 最終確定最終方案，畫出電路原理圖；最后分析存在的問題然后進(jìn)行改進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 三、 閱讀的主要參考文獻(xiàn)及資料名稱 （ 1）設(shè)計(jì)直流無刷電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)主電路、控制電路及調(diào)速控制方案。 5 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì) ............................................... 31 無刷直流電機(jī)的位置檢測 ......................................... 31 電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制 ............................................... 31 . 速度反饋計(jì)算 .................................................. 32 控制系統(tǒng)軟