【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(shí)間常數(shù)轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II系統(tǒng)設(shè)計(jì)。取，則 （35）系統(tǒng)按準(zhǔn)則選擇ASR參數(shù)： 則 取 ，則 再根據(jù) ，得 （3） 校驗(yàn)近似條件：① 電流環(huán)傳遞函數(shù)等效條件 （36）按準(zhǔn)則設(shè)計(jì)時(shí)而 ② 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件 （37）現(xiàn)在 滿足近似處理?xiàng)l件。（4） 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)速超調(diào)量 （38）現(xiàn)在 取中頻帶寬為，按準(zhǔn)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(shí)間非常短，可以滿足電動(dòng)小車的要求。這樣，整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)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(lái)。按照所求得的參數(shù)，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)畫出電路圖。根據(jù)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)參數(shù)，通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)是否符合電動(dòng)小車的要求 位置檢測(cè) 置傳感器在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中起著檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開(kāi)關(guān)電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)位置信號(hào)處理電路處理后控制定子繞組換相。由于功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通順序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，因而位置傳感器與功率開(kāi)關(guān)一起，起著與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的機(jī)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(hào)大、工作可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但其體積比較大，信噪比較低且輸出為交流信號(hào)，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(duì)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(yīng)和磁阻效用，它對(duì)環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)，成本低廉，但精度不高。 位置間接檢測(cè)原理永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)要實(shí)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(wú)刷直流電機(jī)是以位置傳感器來(lái)獲得轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)的。實(shí)際上，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置不同，電機(jī)的各相繞組電壓和磁通會(huì)發(fā)生變化，如果能找到電機(jī)測(cè)得的變量與轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系，那么就可以不通過(guò)位置傳感器而只通過(guò)測(cè)得的變量值得到轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)，這就是間接位置檢測(cè)的基本思想。以三相橋式星形結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電機(jī)為例，電機(jī)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(guò)變換可得：（310）由于電阻和電感是電機(jī)的固有參數(shù)，認(rèn)為是可知的，由式 （3－10）可知，若連續(xù)得到某時(shí)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(cè)方法均基于此原理。由以上分析可知，要知道電機(jī)的位置，需要知道電流電壓與磁極磁鏈的關(guān)系以及磁極磁鏈與轉(zhuǎn)子位置之間的關(guān)系。在不同的場(chǎng)合，可通過(guò)不同的方法實(shí)現(xiàn)上面的兩層映射關(guān)系。常見(jiàn)的間接位置檢測(cè)方法有反電勢(shì)法、電感法、續(xù)流二極管法和磁鏈估計(jì)法等。反電勢(shì)法是根據(jù)轉(zhuǎn)子在不同的位置時(shí)定子繞組中的反電勢(shì)的不同，通過(guò)得到特殊點(diǎn)的反電勢(shì)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(shí)對(duì)電機(jī)電樞電感的影響，通過(guò)檢測(cè)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(guò)檢測(cè)未導(dǎo)通相的二極管的續(xù)流情況來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置；磁鏈法是通過(guò)電壓電流值計(jì)算得到磁鏈的值，從而推出轉(zhuǎn)子的位置。 位置檢測(cè)電路 本系統(tǒng)采用霍爾傳感器檢測(cè)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(yīng)來(lái)產(chǎn)生輸出電壓，由于霍爾元件產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)很低，應(yīng)用時(shí)需要外接放大器，很不方便。隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，將霍爾元件與半導(dǎo)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。霍爾集成電路通過(guò)霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電動(dòng)勢(shì)來(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件。本系統(tǒng)的位置檢測(cè)電路如下圖34所示。圖34 位置檢測(cè)電路 由上圖可知位置檢測(cè)有霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)三個(gè)霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電動(dòng)勢(shì)來(lái)判斷轉(zhuǎn)子位置，并控制功率開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通與關(guān)斷?；魻杺鞲衅鳟a(chǎn)生的信號(hào)與PWM信號(hào)共同控制逆變器器件的開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。隨著半導(dǎo)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(kāi)關(guān)型兩種，這里采用開(kāi)關(guān)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(hào)波形圖如下圖35所示。圖35 轉(zhuǎn)子位置波形 轉(zhuǎn)速檢測(cè) 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路是通過(guò)LM2907頻壓轉(zhuǎn)換器實(shí)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(yùn)算放大器，能將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)。只要通過(guò)檢測(cè)傳感器的頻率就可檢測(cè)出電機(jī)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(yùn)算放大器／比較器的輸入端；●２腳接充電泵的定時(shí)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(yùn)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(dāng)充電泵把從輸入級(jí)輸入來(lái)的頻率轉(zhuǎn)換成為直流電壓時(shí)，需外接定時(shí)電容C輸出電阻R1以及積分電容或?yàn)V波電容C2，當(dāng)?shù)谝患?jí)輸出的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)（這種情況可能發(fā)生在輸入端上有合適的過(guò)零電壓或差分輸入電壓時(shí)），定時(shí)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(hào)的半周期中，定時(shí)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(zhǔn)確地送到負(fù)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(shí)際應(yīng)用中所需要的響應(yīng)時(shí)間。本系統(tǒng)采用LM2907集成式頻率/電壓轉(zhuǎn)換器，將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，電路圖如下圖37所示。 圖37 轉(zhuǎn)速檢測(cè)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速反饋。這樣可以省去測(cè)速發(fā)電機(jī)，減輕設(shè)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(fù)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(jì)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(yīng)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(yīng)快速、穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)性能較好等性能。通過(guò)PI轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)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(shí)現(xiàn)。TL494是美國(guó)德州儀器（Texas Instrument）公司產(chǎn)品，原是為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)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(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)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?jī)蓚€(gè)末級(jí)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(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接14腳時(shí)，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(zhǔn)電壓輸出端，最大輸出電