【文章內(nèi)容簡介】 器， 其傳遞函數(shù)如下： （34）式中， 為比例放大倍數(shù) 為積分時間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II系統(tǒng)設計。取，則 （35）系統(tǒng)按準則選擇ASR參數(shù)： 則 取 ，則 再根據(jù) ，得 （3） 校驗近似條件：① 電流環(huán)傳遞函數(shù)等效條件 （36）按準則設計時而 ② 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 （37）現(xiàn)在 滿足近似處理條件。（4） 動態(tài)性能指標轉(zhuǎn)速超調(diào)量 （38）現(xiàn)在 取中頻帶寬為，按準則確定參數(shù)， 因此 由此可以看出，轉(zhuǎn)速超調(diào)量非常小，上升時間非常短，可以滿足電動小車的要求。這樣，整個系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)就為典型II系統(tǒng)，系統(tǒng)的參數(shù)也就基本上確定下來。按照所求得的參數(shù)，設計控制系統(tǒng)畫出電路圖。根據(jù)設計好的系統(tǒng)參數(shù)，通過對整個系統(tǒng)進行仿真，進一步驗證系統(tǒng)是否符合電動小車的要求 位置檢測 置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開關電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信號處理電路處理后控制定子繞組換相。由于功率開關的導通順序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，因而位置傳感器與功率開關一起，起著與傳統(tǒng)有刷直流電機的機械換向器和電刷相類似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器、磁敏式位置傳感器等。電磁式傳感器具有輸出信號大、工作可靠、壽命長等優(yōu)點，但其體積比較大，信噪比較低且輸出為交流信號，需整流濾波后才能使用。光電式位置傳感器性能比較穩(wěn)定、體積小、重量輕，但對環(huán)境要求較高。磁敏式位置傳感器的基本原理為霍爾效應和磁阻效用，它對環(huán)境適應性很強，成本低廉，但精度不高。 位置間接檢測原理永磁無刷直流電動機要實現(xiàn)閉環(huán)控制，必須知道轉(zhuǎn)子的位置信息，傳統(tǒng)的永磁無刷直流電機是以位置傳感器來獲得轉(zhuǎn)子的位置信號的。實際上，隨著電機轉(zhuǎn)子的位置不同，電機的各相繞組電壓和磁通會發(fā)生變化，如果能找到電機測得的變量與轉(zhuǎn)子位置之間的關系，那么就可以不通過位置傳感器而只通過測得的變量值得到轉(zhuǎn)子的位置信號，這就是間接位置檢測的基本思想。以三相橋式星形結(jié)構(gòu)無刷直流電機為例，電機的電壓平衡方程為：（39）式中 Va Vb Vc 一一繞組相電壓。 ia ib ic一一繞組相電流。 Ｌ，Ｍ　一一繞組自感和繞組間的互感。 Ｒ 一一繞組電阻。 λ一一磁極磁鏈。 θ一一電角度。上式中，凡是角度０的函數(shù)，式（ 3 － 9 ）通過變換可得：（310）由于電阻和電感是電機的固有參數(shù)，認為是可知的，由式 （3－10）可知，若連續(xù)得到某時刻的電流電壓值，則可得到三相的禮值，由禮就可得知0的范圍，即轉(zhuǎn)子的位置。目前大部分的間接位置檢測方法均基于此原理。由以上分析可知，要知道電機的位置，需要知道電流電壓與磁極磁鏈的關系以及磁極磁鏈與轉(zhuǎn)子位置之間的關系。在不同的場合，可通過不同的方法實現(xiàn)上面的兩層映射關系。常見的間接位置檢測方法有反電勢法、電感法、續(xù)流二極管法和磁鏈估計法等。反電勢法是根據(jù)轉(zhuǎn)子在不同的位置時定子繞組中的反電勢的不同，通過得到特殊點的反電勢從而推算出轉(zhuǎn)子的位置的；電感法則是根據(jù)轉(zhuǎn)子在不同的位置時對電機電樞電感的影響，通過檢測電流得到電感的變化從而得到轉(zhuǎn)子的位置；續(xù)流二極管法是通過檢測未導通相的二極管的續(xù)流情況來確定轉(zhuǎn)子的位置；磁鏈法是通過電壓電流值計算得到磁鏈的值，從而推出轉(zhuǎn)子的位置。 位置檢測電路 本系統(tǒng)采用霍爾傳感器檢測位置，霍爾集成電路內(nèi)部原理圖如下圖33所示。 圖33霍爾集成電路原理圖 霍爾元件的作用是利用霍爾效應來產(chǎn)生輸出電壓，由于霍爾元件產(chǎn)生的電動勢很低，應用時需要外接放大器，很不方便。隨著半導體集成技術(shù)的發(fā)展，將霍爾元件與半導體集成電路一起制作在同一塊N型硅外延片上，這就構(gòu)成了霍爾集成電路?；魻柤呻娐吠ㄟ^霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電動勢來驅(qū)動開關器件。本系統(tǒng)的位置檢測電路如下圖34所示。圖34 位置檢測電路 由上圖可知位置檢測有霍爾傳感器實現(xiàn)，通過三個霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電動勢來判斷轉(zhuǎn)子位置，并控制功率開關器件的開通與關斷?；魻杺鞲衅鳟a(chǎn)生的信號與PWM信號共同控制逆變器器件的開關來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。隨著半導體集成技術(shù)的發(fā)展，一般的霍爾傳感器是霍爾集成電路，霍爾集成電路有線性型和開關型兩種，這里采用開關型集成電路。將三只霍爾集成電路按相位差120186。安裝，則它們所產(chǎn)生的位置信號波形圖如下圖35所示。圖35 轉(zhuǎn)子位置波形 轉(zhuǎn)速檢測 轉(zhuǎn)速檢測電路是通過LM2907頻壓轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的，LM2907為集成式頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，是一種將頻率轉(zhuǎn)換成電壓的器件。芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運算放大器，能將頻率信號轉(zhuǎn)換成直流電壓信號。只要通過檢測傳感器的頻率就可檢測出電機的轉(zhuǎn)速。LM2907的內(nèi)部原理圖如下圖36所示： 圖36 LM2907的原理框圖各引腳功能如下：●１腳（F）和11腳（IN）為運算放大器／比較器的輸入端；●２腳接充電泵的定時電容（C1）；●３腳接充電泵的輸出電阻和積分電容（R1/C2）；●４腳（IN+）和10腳（UF1）為運算放大器的輸入端；●５腳為輸出晶體管的發(fā)射極（U0）；●８腳為輸出晶體管的集電極，一般接電源（UC）；●９腳為正電源端（VCC）；●12腳為接地端（GND）；●６，７，13，14腳未用。LM2907的工作原理為：當充電泵把從輸入級輸入來的頻率轉(zhuǎn)換成為直流電壓時，需外接定時電容C輸出電阻R1以及積分電容或濾波電容C2，當?shù)谝患壿敵龅臓顟B(tài)發(fā)生改變時（這種情況可能發(fā)生在輸入端上有合適的過零電壓或差分輸入電壓時），定時電容在電壓差Vcc/2的兩電壓值之間被線性地充電或放電，在輸入頻率信號的半周期中，定時電容上的電荷變化量為C1Vcc/2，泵入電容中的平均電流或流出電容中的平均電流為：輸出電路把這一電流準確地送到負載電阻（輸出電阻）R1中，R1電阻的另一端接地，這樣濾波后的電流被濾波電容積分后得到輸出電壓：其中Ｋ為增益常數(shù)，典型值為１。電容Ｃ2的值取決于紋波電壓的大小和實際應用中所需要的響應時間。本系統(tǒng)采用LM2907集成式頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，將頻率信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，電路圖如下圖37所示。 圖37 轉(zhuǎn)速檢測電路 本系統(tǒng)采用LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，將霍爾傳感器脈沖頻率轉(zhuǎn)換成電壓反饋到轉(zhuǎn)速環(huán)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速反饋。這樣可以省去測速發(fā)電機，減輕設備重量及體積。其中。參考電壓可以很好的調(diào)節(jié)輸出的最小電壓和帶負載能力。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器根據(jù)之前調(diào)節(jié)器的選擇和計算，本系統(tǒng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)采用PI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器電路圖如下圖38所示。 圖38轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由上圖可知轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器由模擬電路組成，P 主要是使系統(tǒng)的響應速度快，增加系統(tǒng)的快速性，I是積分環(huán)節(jié)，主要是提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。PI調(diào)節(jié)器有較好的調(diào)節(jié)性能，使系統(tǒng)具有響應快速、穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能較好等性能。通過PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。4 系統(tǒng)電路圖 PWM生成電路及電流調(diào)節(jié)器PWM生成及電流調(diào)節(jié)器由TL494實現(xiàn)。TL494是美國德州儀器（Texas Instrument）公司產(chǎn)品，原是為開關電源設計的脈沖寬度調(diào)節(jié)器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖41所示。 圖41 TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TL494是16腳集成電路，內(nèi)部電路由基準電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。 下圖42是它的管腳圖圖42 TL494的管腳圖其中2腳是誤差放大器I的同相和反相輸入端；3腳是相位校正和增益控制；4腳為間歇期調(diào)理，其上加0～%線性變化到100%；6腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容，所接的振蕩電阻和電容決定了震蕩器產(chǎn)生鋸齒波的頻率；7腳為接地端；9腳和110腳分別為TL494內(nèi)部兩個末級輸出三極管集電極和發(fā)射極；12腳為電源供電端；13腳為輸出控制端，該腳接地時為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時，兩路輸出分別由觸發(fā)器Q和端控制，形成雙輸出方式，即為推挽輸出方式；14腳為5V基準電壓輸出端，最大輸出電