【正文】 能受到影響，在電動(dòng)自行車控制器中已經(jīng)不采用了?；趯Ｓ眉呻娐返目刂葡到y(tǒng)采用無刷直流電動(dòng)機(jī)專用集成電路如MC3303MC3303ML4428 為控制核心，克服了分立元件帶來的弊端，使控制電路體積小、可靠性高，但功能難以擴(kuò)展，在早期的電動(dòng)車控制器中較多采用。數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng)采用數(shù)字電路、單片機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)構(gòu)成硬件系統(tǒng)，控制規(guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向軟件實(shí)現(xiàn)。控制靈活、功能擴(kuò)展方便且易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制算法。目前的電動(dòng)自行車控制器普遍采用這種控制系統(tǒng) [19]。當(dāng)前，電動(dòng)自行車控制器設(shè)計(jì)有待深入研究主要問題包括：調(diào)速方法。現(xiàn)在常用的控制方法是速度調(diào)節(jié)和電流調(diào)節(jié)均采用 PI 調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速方法，因?yàn)槠渌惴ê唵魏涂煽啃愿?，尤其適用于可以建立精確數(shù)學(xué)模型的確定性控制系統(tǒng)，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但由于電動(dòng)自行車騎行路況的復(fù)雜性，不同的路況對電機(jī)電流和速度的調(diào)節(jié)有不同的要求，且需要控制器在各種參數(shù)不同的電機(jī)都能可靠運(yùn)行，因此傳統(tǒng)的 PI 調(diào)節(jié)器還不能完全滿足其控制要求。如何在這些情況下進(jìn)行速度調(diào)節(jié)就要求研究和設(shè)計(jì)人員投入更多的精力。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題。隨著電動(dòng)自行車的深入使用，人們對電動(dòng)自行車的爬坡能力( 即輸出力矩) 、啟動(dòng)噪聲、騎行抖動(dòng)等性能指標(biāo)提出了更高要求。這些指標(biāo)與無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)有直接關(guān)系，且無刷直流電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)相比，本身具有更大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。針對這一問題，人們從電動(dòng)機(jī)本體和電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)兩方面出發(fā)提出了多種轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制方法。隨著電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，這方面的研究還會(huì)不斷深入的進(jìn)行下去。控制器設(shè)計(jì)。出于成本考慮，無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)普遍采用單片機(jī)的數(shù)字控制。以 MCU 為核心的控制系統(tǒng)并不是一個(gè)純硬件的控制電路，它還必須配合軟件系統(tǒng)才能控制無刷直流電動(dòng)機(jī)正常工作。這也為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來更大的靈活性。軟件設(shè)計(jì)就必然涉及到控制算法的研究和應(yīng)用。因此，研究先進(jìn)的控制算法就成為設(shè)計(jì)無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要方面。而由于單片機(jī)本身資源的有限，在 DSP 上能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜控制算法要在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)，還要進(jìn)行精簡。所以研究已經(jīng)較成熟的復(fù)雜控制算法在單片機(jī)上的應(yīng)用也是一個(gè)重要的方面。電磁干擾。電磁兼容在應(yīng)用電子線路中已日益受到人們的重視。無刷直流電動(dòng)機(jī)是一種電子電機(jī)，同樣有抗干擾和防止對外界干擾的要求。無刷直流電動(dòng)機(jī)控制器是強(qiáng)、弱電共存的電路，對于采用 PWM 高頻調(diào)制脈沖的控制器，高的調(diào)制頻率很容易對控制器其他線路產(chǎn)生干擾，因此必須認(rèn)真處理其間的電磁干擾和電磁兼容問題。目前，對無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁干擾問題進(jìn)行研究，已越來越受到重視。電機(jī)控制器是無刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能對各種輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各種控制信號(hào)；產(chǎn)生 PWM 脈寬調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速對電機(jī)進(jìn)行速度環(huán)和電流環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能；實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護(hù)功能?？刂破魇请妱?dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是電動(dòng)自行車的大腦。其主要作用是在保證電動(dòng)自行車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護(hù)電機(jī)及蓄電池，以及降低電動(dòng)自行車在受到破壞時(shí)的損傷程度 [4]。目前，市場上常用的電動(dòng)自行車無刷直流電機(jī)控制器主要采用專用集成電路為主控芯片，像 MOTOLORA、安森美公司研制的專用集成電路 MC33035，其針對無刷電機(jī)的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內(nèi)，一般該類控制器稱為模擬式控制器，其工作原理是用電子裝置代替電刷控制電機(jī)線圈電流換向，根據(jù)電機(jī)內(nèi)的位置傳感器（霍爾傳感器）信號(hào)，決定換相的順序和時(shí)間，從而決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 基于 MC33035 芯片的無刷控制器電路圖 5－１是一個(gè) 24V 電動(dòng)自行車用無刷控制器框圖。電機(jī)位 置霍爾速 度轉(zhuǎn) 把霍爾 三 相單 獨(dú)驅(qū) 動(dòng) 三相橋式功率開關(guān)電 流 取 樣 無 刷電 機(jī)15V穩(wěn) 壓 電 源圖 5－1 無刷控制器框圖圖 5２是該控制器電路原理圖。原理圖中三只接在驅(qū)動(dòng)專用芯片IR2103：VCC （1 腳）和 VB（8 腳）之間的二極管為隔離二極管，接在 VB（8腳）和 VS（ 6 腳）之間的電容為自舉電容。Rs 為電流取樣電阻，電機(jī)電流取樣經(jīng) R， C 濾波后送 IC1 的 9 腳，在一個(gè)給定的振蕩器周期中，一個(gè)相對于管腳 15為 100mV 的信號(hào)可中止輸出開關(guān)導(dǎo)通，Rs 為 歐姆，因此限流為 10A。MC33035IC1電機(jī)霍爾霍爾 轉(zhuǎn)把5.1K0.01uIR2103IR2103IC3IR2103IC440078151K1K20201K0.1201K1K202020UVW剎車制動(dòng)12344576891011121314151617181920212223244049404940494049404940490.1u0.1u0.1u0.1u0.1u0.01u0.01u0.01u10uf10uf10uf50V50V50VIC5IRF3205IRF3205IRF3205IRF3205IRF3205IRF3205馬 達(dá)IC21VccVB8VB8VB81Vcc1Vcc2HIN2HIN2HIN3HIN3HIN3HINH07H07H07VS6VS6VS6L05L05L054COM4COM4COM15V Vcc15V Vcc15V VccHV24V568NNSSOVccVccVccVin圖 5－2 24V 無刷控制器（無刷專用芯片 MC33035 控制器線路圖）圖 52 中在無刷電機(jī)和 MC33035 之間，有個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，一般是典型的三相橋式輸出電路，上下管均為 VDMOS 場效應(yīng)管。也有人認(rèn)為上管為 P 溝道場效應(yīng)管。由于大功率 P 溝道場效應(yīng)管價(jià)格昂貴，限制了應(yīng)用。國內(nèi)無刷控制器廠商在三相橋式輸出電路中，上管、下管全部采用了 VDMOS 場效應(yīng)管，驅(qū)動(dòng)電路有的采用IR2103 芯片，有的 IR2130 芯片，有的采用分立元件，由此派生出了多種版本無刷控制器。關(guān)鍵問題是，在上管導(dǎo)通時(shí)，漏極和源極電位近似等于電源正極電位，要保持上管導(dǎo)通，必須使上管柵極電位高于電源正極電位 12V 左右。IR2103 和IR2130 比較簡單，通過外接一只隔離二極管和一只自舉電容就解決了。當(dāng)下管導(dǎo)通上管截止時(shí)，隔離二極管導(dǎo)通，自舉電容充電，兩端電壓接近電源電壓；當(dāng)下管截止上管導(dǎo)通時(shí)，隔離二極管截止，自舉電容儲(chǔ)存的電荷給上管柵極供電，電位大大高于電源正極電位，使上管保持導(dǎo)通。電路中，自舉電容要使用優(yōu)質(zhì)損耗小的電容。濾波電容接線要靠近集成電路，這樣可以減小干擾。如果采用一點(diǎn)接地，可靠性會(huì)更高。 [8] 三相六步電機(jī)控制電路圖 5－3 三相六步電機(jī)控制電路MC33035 的所具有的優(yōu)良性能，決定了它可以方便的用于單相、三相或四相無刷直流電動(dòng)機(jī)控制，從而按用戶的需求構(gòu)成開環(huán)或閉環(huán)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)，現(xiàn)舉例說明其應(yīng)用。如圖 53 所示，該電路是一個(gè)具有三相六拍的全波驅(qū)動(dòng)的開環(huán)電動(dòng)機(jī)控制器。在電路中還配有三相逆變器，其高端功率開關(guān)器件選用三只達(dá)林頓晶體管(VTVTVT3) ，而低端功率開關(guān)器件選用三只功率MOSFETF(VFVFVF6)。應(yīng)注意的是每個(gè)開關(guān)器件內(nèi)部均帶有續(xù)流二極管(在此電路中省略未標(biāo)) 用來在電動(dòng)機(jī)減速或制動(dòng)及六只開關(guān)器件換向過程中將定子電感能量返回給供電電源。該電動(dòng)機(jī)控制器輸出能驅(qū)動(dòng)定子繞組為三角型連接或星型連接的電動(dòng)機(jī)，如果使用分離電源，也可以驅(qū)動(dòng)中線接地的定子繞組為 Y型連接的電動(dòng)機(jī)。在任意給定的轉(zhuǎn)子位置，都僅有一個(gè)高端和低端功率開關(guān)(屬于逆變器中不同的相)導(dǎo)通，向電動(dòng)機(jī)繞組供電。通過合理配置可使定子繞組的兩端電壓從零至直流母線供電電壓之間變化，而通過定子繞組的電流為交流電流。由于前沿尖峰通常在電流波形中出現(xiàn)，并會(huì)導(dǎo)致限流。使用時(shí)可通過在電流檢測輸入處串聯(lián)一個(gè) RC 濾波器來抑制尖峰。圖中電阻 Rs 常采用低感型電阻也有助于減小尖峰。另一方面應(yīng)特別注意必須仔細(xì)選擇低端功率開關(guān)晶體管的電流容量，以確保制動(dòng)操作時(shí)電流不超過其安全使用范圍。其原因在于制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的極大電流只能由逆變橋中位于不同相的低端開關(guān)管和電動(dòng)機(jī)繞組的內(nèi)阻來限制。 有刷電機(jī)控制電路雖然 MC33035 是專為控制無刷直流電機(jī)而設(shè)計(jì)的，但它也可以用來控制直流有刷型電機(jī)。圖 54 所示的就是一個(gè)使用 MC33035 來控制直流有刷電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用電路實(shí)例。圖 5－4 H 型電機(jī)有刷型控制器電路圖 54 中，MC33035 通過驅(qū)動(dòng)一個(gè) H 型電四橋可用最少的器件來控制一個(gè)有刷電機(jī)。該控制的關(guān)鍵在于：要將輸入傳感器編碼為 100，同時(shí)，在控制器正向/反向管腳為邏輯電平 1 時(shí)，還應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)頂部到左 Q1 和底部到右 Q3 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而當(dāng)正向/反向管腳的邏輯電平為時(shí)，則應(yīng)產(chǎn)生頂部到右 Q4 和底部到左 Q2的驅(qū)動(dòng)。該編碼可以保證 H 型驅(qū)動(dòng)同時(shí)滿足方向和速度控制的要求。該控制器可在大約 25kHz 的脈寬調(diào)制頻率下正常工作。電機(jī)速度的控制可通過調(diào)節(jié)誤差放大器同相輸入端的電壓來輸入。而電機(jī)電流的逐周限流則可由檢測 H 型電橋電機(jī)電流并通過電阻 Rs 到地之間所產(chǎn)生的電壓（ 100mV 門限）來實(shí)現(xiàn)。由于利用過流檢測電路可改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，因此，在工作時(shí)，使用正常的正向/反向切換不需要在變向前完全停止。在布線時(shí)，不要在繞接或插入式樣機(jī)板上構(gòu)建任何電機(jī)控制電路，采用高頻印制電路布線對防止脈沖抖動(dòng)極為重要。通常由于在電流檢測傳感器或誤差信號(hào)放大器輸入端有過量噪聲。因此，印制電路布局應(yīng)該具有一個(gè)小電流信號(hào)和高驅(qū)動(dòng)輸出緩沖地的接地面，并應(yīng)通過分開的通路返回到電源輸入濾波器電容上。在VCC、Vref 和誤差放大器同向輸入端，是否需要在靠近集成電路的地方接一個(gè)瓷介電容（ ），可視電路布局而定。但所有的大電流回路都應(yīng)盡可能短，并應(yīng)盡量使用粗銅線走線以降低 EMI 輻射。 結(jié)　論隨著能源的緊缺，環(huán)境污染的嚴(yán)重，世界各國都在積極尋求一種可以代替石油、煤等的新型能源。電動(dòng)自行車以其低消耗、低污染、高效能等特點(diǎn)越來越受人們的喜愛。無刷直流電機(jī)的控制問題是無刷直流電機(jī)控制領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。我們通過查閱大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)，在理解無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理以及無刷直流電機(jī)的有傳感器控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)的功能需求，設(shè)計(jì)了基于 BLDCM 的電動(dòng)車用控制器。它以 MC33035 為控制核心，采用霍爾位置傳感器檢測作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的檢測方案。通過對本課題的研究，可得到如下結(jié)論：（1）本次設(shè)計(jì)采用了基于 MC33035 芯片控制直流無刷電機(jī)來控制電動(dòng)自行車，由于 MC33035 具有過流保護(hù)、欠壓保護(hù)、以及限流保護(hù)。能實(shí)現(xiàn)快速、精確的調(diào)速，且系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，調(diào)試方便。（2）采用 PWM 斬波調(diào)壓控制能很好的控制電機(jī)的電流，可使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，且穩(wěn)態(tài)精度很高，誤差很小，電機(jī)起動(dòng)，加速、減速和制動(dòng)過程較快。實(shí)現(xiàn)了控制器既定的平穩(wěn)啟動(dòng)、定速巡航等功能。（3）采用 IR2103 芯片使 MC33035 控制芯片輸出的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)的大電流，從而來控制直流無刷電機(jī)。進(jìn)一步研究的建議：隨著技術(shù)的進(jìn)步，采用無傳感器控制技術(shù)的直流無刷電動(dòng)機(jī)開始興起?？梢栽谝院蟮难芯恐衼矸治鲇懻撝绷鳠o刷電動(dòng)機(jī)的無傳感器控制技術(shù)的工作原理和實(shí)現(xiàn)方式。謝 辭經(jīng)過幾個(gè)星期的努力，終于給畢業(yè)論文畫上了圓滿的句號(hào)。本論文設(shè)計(jì)在王宇炎老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成，從課題選擇到具體的寫作過程，論文初稿與定稿無不凝聚著王老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，王老師為我提供有關(guān)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)自己的資料，而且還為我提供了制圖的軟件，讓我在寫作過程中又掌握了一種制圖工具，為我在將來的工作，提供了很大的幫助。王老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動(dòng)，沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此向王老師表示深深的感謝！同時(shí)，在論文寫作過程中，我還參考了有關(guān)的書籍和論文，在這里一并向有關(guān)的作