【正文】 r 200 ?Y計算 N = 21 時開關周期值頻率給定增加 頻率給定增加 頻率給定增加F l a g 1 = 1 ?F l a g 2 = 1 ?清標志 ， 賦值Y清標志 ， 賦值 清標志 ， 賦值返回 返回返回F l a g 1 = 1 ?F l a g 2 = 1 ?YFl a g 1 = 1 ?Fl a g 2 = 1 ?YN NN 圖 57 中斷服務程序流程圖 [在此處鍵入 ] 35 第 6 章 系統(tǒng)調試 硬件調試 對 硬件 PCB 板的調試是是遵循這樣的原則的：化整為零分模塊調試，從輸入到輸出，從前級到后級依次調試。 從實物圖 62 可以看出，電機在高速旋轉。只是這種變頻器跟一般的變頻器有所區(qū)別，因為該變頻器是用來控制電機運轉的，所以它的頻率變化必須符合一定規(guī)律，本次設計采用恒壓頻比，頻率采用給定積分進行增加。 [在此處鍵入 ] 46 參考文獻 【 1】 夏長亮 .無刷直流電機控制系統(tǒng) [M]. 北京 :科學出版社 ,2020 【 2】 胡少軼 . 無刷直流電機無位置傳感器控制系統(tǒng)研究 [D].陜西 ：西安理工大學， 2020， 3 【 3】 郭慶鼑 ,趙希梅 .直流無刷電動機原理與技術應用 [M].北京 :中國電力出版社 ,2020 【 4】 黃燦勝，楊修增 .基于單片機實現(xiàn) SPWM 變頻調速系統(tǒng)設計 [J].25（ 3）， 2020， 6 【 5】 張大為，劉迪，張艷麗 . SPWM 變頻調速在交流異步電動機控制中的應用 [J].山東： 海軍航空工程學院， 32（ 2）， 2020， 2 【 6】 邱建琪 ， 史涔 ， 林瑞光 . 永磁無刷直流電機轉矩脈動抑制的SVPWM 控制 [J].浙江 :浙江大學電氣工程學院，《 中小型電機 》30(2)， 2020 【 7】 王兆安，劉進軍 . 電力電子技術 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 【 8】 阮毅， 陳伯時 .電力拖動控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版， 【 9】 江思敏，胡燁 . Altium Designer（ Protel）原理圖與 PCB 設計教程 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020， 7 【 10】 任志斌 .電動機的 DSP 控制技術與實踐 [M].北京 :中國 電力出版社， 2020 【 11】 張平 .無刷直流電機無位置傳感器的研究 [D].廣東 :華南理工大學， 2020 【 12】 孫廣星 .無位置傳感器無刷直流電機控制系統(tǒng)研究 [D].湖北 :華中科技大學 ,2020 【 13】 婁柯 .無刷直流電機無位置傳感器控制技術研究 [D].江蘇 :江南大學， 2020 [在此處鍵入 ] 47 【 14】 REN Zhibin, LIU Xiping. The Design of New Sensorless BLDCM Control System for Electric Vehicle. Energy and Power Engineering, 2020, 2, 208211 【 15】 WANG Huazhang. Design and Implementation of Brushless DC Motor Drive and Control System. Procedia Engineering 29 (2020) 22192224 【 16】 白世東 .永磁無刷直流電機控制器的設計 [D].陜西：西北工業(yè)大學，2020， 3 【 17】 劉學鵬，趙冬梅 .永磁同步電機磁場定向變頻調速技術的研究 [J].廣東：華南理工大學， 38(20)， 2020， 10 [在此處鍵入 ] 48 【 18】 致謝 本課題是在 xxx 老 師 和 xxx 精心指導下完成的。這也是本設計優(yōu)化的一 個 方向。 [在此處鍵入 ] 43 圖 610 死區(qū)時間波形 d. 反電動勢波形 如 圖 611 所示，為無刷直流電機的反電勢波形，可以看出，無刷直流電機的反電動勢波形仍然是正弦波。其輸出為頻率漸變的三相正弦波。 死區(qū)時間的計算公式為 (56) 式 (56)中， M 為時鐘分頻數(shù)， P 為 死區(qū)定時器周期， f 為晶振 頻率。當載波比太高時，在調制頻率一定時，載波頻率自然就 越 高。 載波信號 三角波的頻率 cF 隨著調制信號 正弦波的頻率 Fr 按照固定的載波 比 N=Fc/Fr變化，這種調制方式稱為同步調制。 規(guī)則采樣法 說明 圖如圖 51 所示。在該方法中，用運放等器件產生三角波，再用其他分立器件產生正弦波，將兩種波 形 同時輸入比較器來產生 SPWM 信號。 美國 IR 公司生產的 IR2101 驅動器，是中小功率變換裝置中驅動器件的首選品種。 [在此處鍵入 ] 17 圖 36 電機三相電壓仿真波形 如圖 37 所示為單片機發(fā)出 SPWM 波形仿真 ，可以看到波形相對稀疏，開關頻率 降 低 ，這有效中和了調制波頻率增加帶來的開關頻率加大 。傳感器的輸出信號都是弱電信號，在高溫、冷凍、濕度大、有腐蝕物質、空氣污濁等工作環(huán)境及振動、高速運行等工作條件下，都會降低傳感器的可靠性。 LS052A 系列 MCU 采用新型的發(fā)明專利技術 L 體系結構技術實現(xiàn)了多核并發(fā)處理引擎，支持同時并發(fā)地執(zhí)行三道程序。而交流側輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。由于電子開關線路的導通次序是與轉子轉角同步的，因而起到了機械換向器的換向作用。本次設計主要包括兩個方面：硬件和軟件。頻率增長采用給定積分法。 the maximum output current is 2A。電機內裝有一個轉子位置傳感器，用來檢測轉子在運行過程中的位置。但僅這樣做還是不行的，因為用一般直流電源給定子上各繞組供電，只能產生固定磁場。換流時，是在上橋臂組或下橋臂組的組內依次換流，為橫向換流。 LS052Ax 采用新型的發(fā)明專利技術 L 體系結構技術，實現(xiàn)了多核多任務并行處理，可以只運行單道程序，也可同時執(zhí)行關聯(lián)或非關聯(lián)的三道程序。 這種方法與傳統(tǒng)的無刷直流電機控制方法有所不同，它 一般 用來控制異步電機和同步電機的[5]，但由于小功率無刷直流電機的空間磁場接近正弦波 [6]，可以當作永磁同步電機來控制，故本次設計采用變壓變頻控制方法。 圖 310 單片機管腳發(fā)出波形仿真 仿真總結 此次仿真采用 PSIM 軟件，該軟件繪制原理圖方便，容易上手， 仿真主要對控制系統(tǒng)的原理進行了仿真。 LS052AX 單片機的 全 比較單元模塊（通用定時器 1 提供基準 ） 可以產生 6 路 互補 PWM 波形 ，可以 用來產生 SPWM波 形 。因而，本系統(tǒng)為實現(xiàn)更智能化，不采用集成芯片的方式，期望從控制器直接輸出 SPWM。 考慮到 LS052A 微控制器的實時性，數(shù)據(jù)處理有幾個技巧，其一，將正弦值先用 Excel 計算出來， 再算出來某一相的比較值 存儲在 ROM 中，計算的時候，只要查表 并作簡單計算 即可， 部分 正弦表及比較 值如表 51所示，其中載波比分別 取 6 3 21。如圖 55 所示，在調制信號頻率變化時，載波信號的頻率沒有變化，但在半個調制周期內的個數(shù)變化了。這樣，在輸出頻率較低時，由同步調制引起的低頻諧波的影響降到最小。這樣才能做到有的放矢，以最高的效率調通 電路板。測試結果說明， 此次設計 能夠平滑啟動電機，順利將電機遷入同步運行狀態(tài)。 系統(tǒng)具有如下技術指標： (1) 啟動時間：系統(tǒng)能在 5s 之內快速升速至 3000 轉每分，并保持最高速運行。 xxx 老師 著重 培養(yǎng) 啟發(fā)學生自己發(fā)現(xiàn)問題，自己解決問題 的思維方式和能力 ， xxx 老師的這種方法雖然讓我走了很多彎路，但是實踐證明，這種方法更能調動學生的積極性，更能鍛煉學生獨立完成科研項目的能力。 [在此處鍵入 ] 45 (2) 本設計為速度開環(huán)控制，如果能采用轉速閉環(huán)控制， 則 能獲得更好的調速精度和更強的帶載能力。 c. 死區(qū)波形 本次設計采用的是雙極性調制，為防止 MOS 管同一橋臂同時導通，本次設計加入死區(qū)時間，理論設計死區(qū)時間為 542ns，如圖 610 所示，從實際輸出波形看來，實際輸出波形符合理論設計，且沒有影響逆變器電壓輸出。 [在此處鍵入 ] 36 圖 61 程序編譯結果 系統(tǒng)測試結果 電路板接上電機測試結果 本次設計的實質是設計實現(xiàn)基于 LS 單片機的變頻器。 死區(qū)單元的配置 死區(qū)單元主要用與控制每個比較單元相關的 2 路 PWM 輸出不在同一事件內發(fā)生，從而保證了所控制的一對正向和負向設備在任何情況下不同時導通。載波比既不能太高，也不能太低。 b. 同步調制和異步調制 根據(jù) 載波信號三角波 cU 和調制信號 正弦波 Ur 的頻率關系，又可將SPWM 調制方式分為同步調制 和異 步調制兩 種方式。 (2) 規(guī)則采樣法 [在此處鍵入 ] 26 規(guī)則采樣法 是一種應用較廣的工程實用方法，其效果接近自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。其一，可以用分立元件搭建。 IR2101 主要特性包括：懸浮通道電源采用自舉電路；功率器件柵極驅動電壓范圍 10～ 20 V；邏輯電源范圍 5～ 20V，且邏輯電源地和功率地之間允許 +5V的偏移量；獨立的低端和高端輸入通道。 [在此處鍵入 ] 16 圖 35（ a） N=33 時電機三相電流波形 圖 35（ b） N=33 時電機三相電流波形 FFT 分析 如圖 36 所示為電機三相電壓仿真波形， 可以看出，輸出波形相比變得稀疏，波 形仍為“品”字波形 ，相位保持不變 。容量在數(shù)百瓦以下的小容量方波型無刷直流電機常用的霍爾 位置傳感器的成本相對于電機本體來說所占比例比較大； (3) 傳感器的輸出信號易受到干擾。 [在此處鍵入 ] 8 控制系統(tǒng)的控制芯片選型 LS 芯片簡介 本次設計采用長沙柯珞微電子科技有限公司生產的 LS052Ax 系列MCU（單片機），該單片機是該公司設計、生產的高性能 8 位系列 MCU，其指令系統(tǒng)與 MCS51 兼容，內部功能、引腳功能、引腳排列以及引腳的電氣特性與 AT89S52 基本兼容。 (2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側輸出電壓波形為矩形波，并且去負載阻抗角無關。 c. 電子換相 當定子繞組的某一相通電時，該電流與轉子永久磁鋼的磁極所產生的磁場相互作用而產生轉矩，驅動轉子旋轉，再由位置傳感 器將轉子磁鋼位置變換成電信號，去控制電子開關線路，從而使定子各相 繞組按一定次序導通，定子相電流隨轉子位置的變化而按一定的次序換相。 [在此處鍵入 ] 2 本畢業(yè)設計（論文）的主要內容 本次畢業(yè)設計在首先認真分析了無刷 直流 電機的結構，了解了它的控制方法，并對不同的控制方法做了對比，結合 LS 單片機的性能，并充分考慮控制器低成本的要求，最終重點研究了基于 LS 單片機的 SPWM 變壓變 頻起動的原理和實現(xiàn)方法。 本次設計 利用LS052Ax 單片機 作 為控制核心， 主要用來發(fā)出 SPWM 脈寬調制波， 主電路采用常用的三相電壓源型逆變電路。 the maximum output frequency is 200HZ。它與電子換相線路一起，替代了有刷直流電機的機械換相裝置。所以無刷 直流 電動機除了由定子和轉子組成電動機本體以外，還要由位置傳感器、控 制電路以及邏輯開關共同構成的換相裝置，使得無刷 直流 電動機在運行過程中定子繞組所產生的的磁場和轉子磁鋼產生的永磁場，在空間始終保持在（π /2） rad 左右的電角度 [4]。 [在此處鍵入 ] 7 DCuvwv 1 v 3 v 5v 4 v 6 v 2L 圖 23 電流源型 逆變電路拓撲圖 電流型逆變電路的特點 (1)直流側串聯(lián)大電感，相當于電流源。執(zhí)行 1 道程序的性能是兼容芯片的 倍，同時執(zhí)行三道程序的處理能力最高可達到兼容芯片的 倍。 這種控制方法被廣泛應用于調速性能要求不高的場合 [8]。 此次設計采用的基本原理是 SPWM 調制波形，在仿真中，采用比較器來生成 SPWM 波形，其正向輸入為調制波即正弦波，反向輸入為載波即三角波，當調制波大于載波時輸出為高，當調制波小于載波時輸出為[在此處鍵入 ] 20 低。只要能在 定時器 1 的中斷中 實時修改 PWM 波的占空比 和周期 ，就可以實時計算產生 SPWM 波。 b. 軟件生成法 SPWM 控制方式的逆變器中，控制器可以用邊查表邊作簡單計算的方式生產 SPWM。其二，雖然 LS052AX 能夠 處理浮點數(shù)據(jù)，但由于微機處理浮點時的耗時較長，實時性不夠，所以將算出來的數(shù)據(jù)縮小十倍，在實時計算的公式中擴大十倍，只讓單片機去計算整形數(shù)據(jù)， 節(jié)約微機的處理時間，提高實時性。異步調制方式在調制頻率較低時，半周期內脈沖個數(shù)會發(fā)生變化，因而有利于改善低頻時的輸出電壓波形，且減少了電機上的轉矩脈動。 主程序設計 LS052AX 微控制器為系統(tǒng)的控制芯片，其軟件 部分 的主流程圖如圖56 所示。 在本次設計調試的時候