【正文】 在硬件和軟件的調(diào)試過程中，辛 經(jīng)理也教給了我許多工程實際中常用的方法，這讓我節(jié)省了很多寶貴的時間。 [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(xué)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(xué)， 2020， 3 【 3】 郭慶鼑 ,趙希梅 .直流無刷電動機原理與技術(shù)應(yīng)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(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 [J].25（ 3）， 2020， 6 【 5】 張大為，劉迪，張艷麗 . SPWM 變頻調(diào)速在交流異步電動機控制中的應(yīng)用 [J].山東：海軍航空工 程學(xué)院， 32（ 2）， 2020， 2 【 6】 邱建琪 ， 史涔 ， 林瑞光 . 永磁無刷直流電機轉(zhuǎn)矩脈動抑制的SVPWM 控制 [J].浙江 :浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，《 中小型電機 》30(2)， 2020 【 7】 王兆安，劉進軍 . 電力電子技術(shù) [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(shè)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(shù)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(xué)， 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(xué) ,2020 【 13】 婁柯 .無刷直流電機無位置傳感器控制技術(shù)研究 [D].江蘇 :江南大學(xué)， 2020 [在此處鍵入 ] 47 【 14】 REN Zhibin, LIU Xiping. 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可以看出，電機在高速旋轉(zhuǎn)。其輸出為頻率漸變的三相正弦波。在軟件當(dāng)中也可以采用一些技巧，如單步調(diào)試可以查看程序的走向，再如查看寄存器的值以驗證變量的值是否是想要的值。首先用萬用表測試我們的電源能否正常輸出我們期望的電壓，能則繼續(xù)測量芯片 7815 能否正常輸出 10V 直流電，若能則繼續(xù)測量 7805 能否正常輸出 5V 直 流電，否則用萬用表二極管檔測量管角之間是否可靠鏈接。 [在此處鍵入 ] 34 開始Fr = 80 ?Y計算 N = 63 時開關(guān)周期值Fr = 150 ?NY計算 N = 33 時開關(guān)周期值N Fr 200 ?Y計算 N = 21 時開關(guān)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(biāo)志 ， 賦值Y清標(biāo)志 ， 賦值 清標(biāo)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(wù)程序流程圖 [在此處鍵入 ] 35 第 6 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 對 硬件 PCB 板的調(diào)試是是遵循這樣的原則的：化整為零分模塊調(diào)試，從輸入到輸出，從前級到后級依次調(diào)試。 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。值得注意的是，在采用全比較單元 PWM 波形的時候， 定時器本身的比較功能應(yīng)當(dāng)關(guān)閉掉。另外，程序中充分利用了 LS052AX 單片機的三通道并發(fā)功能，在三通道程序的并行處理下，大大減少了系統(tǒng)計算過程所耗費的時間，提高了系統(tǒng)實時性。 綜合以上考慮， 分段同步調(diào)制 載波比 分別取 取 6 3 21，保證輸出波形高度對稱，并且盡量提高載波比。當(dāng)載波比太高時，在調(diào)制頻率一定時，載 波頻率自然就 越 高?？紤]到本系統(tǒng)輸出頻率 較 高，選用 分段 同步調(diào)制較好。在高頻段時，由于載波頻率不變，載波比會減小，半周期內(nèi)的脈沖個數(shù)會減小，從而不利于電機的運行。 u 圖 54 同步調(diào)制波形 [在此處鍵入 ] 30 同樣的，如果 載波信號 三角波的頻率 cF 隨 調(diào)制信號 正弦波的頻率 Fr的變化而變化 ，則 稱這種方法為異步調(diào)制。 載波信號 三角波的頻率 cF 隨著調(diào)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(diào)制方式稱為同步調(diào)制。 [在此處鍵入 ] 29 圖 53 雙極性 SPWM 調(diào)制示意圖 綜合以上考慮，本次設(shè)計采用雙極性調(diào)制 。 如圖 52 所示， 載波信號三角波和調(diào)制信 號正弦波 在單極性調(diào)制方式中 極性相同，在半周期內(nèi)同時為正，在下半周期內(nèi)同時為負。 設(shè)正弦調(diào)制信號波為 (51) 式中， a 稱為調(diào)制度， 0≤a1； ?r為正弦信號波角頻率，從圖 51 中得如下關(guān)系式 (52) 因此可得 [在此處鍵入 ] 27 (53) 則占空比 (54) 比較值為 (55) 式（ 54） 是規(guī)則采樣 法 單相 SPWM 波占空比的算法公式，依此可容易得到其他兩相的占空比公式，思路是在 A 相角頻率的基礎(chǔ)上讓角頻率滯后 120 度、 240 度。 規(guī)則采樣法 說明 圖如圖 51 所示。這種在自然交點處控制 MOS 管 關(guān) 斷的方法，需要實時求解一個超越方程。 本設(shè)計采用軟件生成法 ，其實就是用軟件來實 現(xiàn)調(diào)制產(chǎn)生 SPWM 的方法 。使用集成芯片 方式的靈活性較低，不宜實現(xiàn)數(shù)字化。在該方法中，用運放等器件產(chǎn)生三角波，再用其他分立器件產(chǎn)生正弦波，將兩種波 形 同時輸入比較器來產(chǎn)生 SPWM 信號。在載波信號和調(diào)制信號的交點處 改變開關(guān)狀態(tài) ，得到脈寬 按照 正弦波幅值 變化 的一組等幅 不 等寬的矩形脈沖序列，用這個脈沖序列來改 變功率開關(guān)器件的通斷。 這部分是程序當(dāng)中的難點。第一 部分 是 SPWM 波 形 的生成程序，這是整個程序的主體 。 美國 IR 公司生產(chǎn)的 IR2101 驅(qū)動器，是中小功率變換裝置中驅(qū)動器件的首選品種。電源模塊部分電路圖如 42 所示： 圖 42 電源模塊電路圖 [在此處鍵入 ] 22 單片機控制模塊 單片機控制模塊主要 應(yīng)用了 LS0T52AX 的全比較單元模塊，生成 6路 PWM 波形 （ P20P25） 作為驅(qū)動電路的輸入 。兩種方法都能很好生成 SPWM 波形，只是規(guī)則采樣法精度比自然采樣法稍遜，但是對于單片機來說，規(guī)則采樣法的計算速度遠遠高于自然采樣法的計算速度，這是因為自然采樣法在 求解的過程中需要解出超越方程的根。 [在此處鍵入 ] 19 圖 39 三相電壓仿真波形 如圖 310 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(guān)頻率更低 ， 可以看到減小載波比減小了開關(guān)頻率，降低了單片機的壓力，但同時是以犧牲精度為代價的 。 [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(guān)頻率 降 低 ，這有效中和了調(diào)制波頻率增加帶來的開關(guān)頻率加大 。 [在此處鍵入 ] 15 圖 33 電機三相電壓仿真波形 如圖 34 所示為單片機發(fā)出 SPWM 波形仿真 ，可以看出，波形比較密集，開關(guān)頻率高。 [在此處鍵入 ] 13 第 3 章 PSIM 仿真 PSIM 仿真框圖 如圖 31 所示為 SPWM 調(diào)制波的 PSIM 仿真框圖， 其中比較器模塊的輸出模擬單片機發(fā)出波形，主電路同實際電路相同， 三相對稱阻感負載模擬電機，其參數(shù)和實際電機參數(shù)相同。 本次設(shè)計所采用的方法 本次設(shè)計本著設(shè)計一款低成本的控制器的宗旨，在認真分析各種控制方式的優(yōu)缺點之后，選擇了無傳感器方式下的 基于 SPWM 的變壓變頻開環(huán)控制方法， SPWM 生成的方式采用規(guī)則采樣法，并且為了克服一些[在此處鍵入 ] 12 其他方面的不足，采用較為復(fù)雜的分段同步調(diào)制。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(zhì)、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。 兩種控制方式的比較 a. 有位置傳感器 優(yōu)點： (1) 因為有霍爾位置傳感器，所以電機換相準確，轉(zhuǎn)子位置檢測的準確度不受電機轉(zhuǎn)速的影響； (2) 不需要外加的轉(zhuǎn)子位置檢測電路， 硬件電路簡單； (3) 電機換相控制編程簡單，不需要處理濾波延遲等問題。 [在此處鍵入 ] 10 系統(tǒng)控制策略分析論證 無刷直流電機的控制方法 a. 有位置傳感器控制方式 有位置傳感器控制方式，指在無刷直流電機定子上安裝位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，為電子換相電路提供正確的換相信息，來控制電子換相電路中的功率器件的開關(guān)狀態(tài)，保證電機各相繞組按順序?qū)?，在空間形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。掉電模式切斷片內(nèi)所有供電線路，僅維持喚醒值班模塊工作， SRAM 中的內(nèi)容維持不變，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 LS052A 系列 MCU 采用新型的發(fā)明專利技術(shù) L 體系結(jié)構(gòu)技術(shù)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。 本系統(tǒng)采用 電壓型逆變電路 電壓型逆變電路的逆變器輸出電壓波形為矩形波，輸出電流波形近似正弦波。 (2)電路中開關(guān)器件的作用僅是改變直流電流的流通路徑，因此交流側(cè)輸出電流為矩形波，并且與負載阻抗角無 關(guān)。即每個橋臂一周期內(nèi)導(dǎo)電 120o，按 VT1 到 VT6 的順序每個 60o 依次導(dǎo)通，這樣，每個時刻上橋臂組的三個臂和下橋臂的三個臂都各有一個導(dǎo)通。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。因為每次換流都是在同一相上下兩橋臂進行，因此也被稱作縱向換流。 電機主要參數(shù)如表 21 所示 ： 表 21 電機主要參數(shù) 類別 最大電壓 額定轉(zhuǎn)速 額定電流 額定功率 參數(shù) 36V 13753RPM A W 類別 繞組電阻 繞組電感 機械時間常數(shù) 電磁時間常數(shù) 參數(shù) mH ms ms 控制系統(tǒng)主電路分析論證 三相逆變電路分類 a. 電壓源型逆變電路 如圖 22 所示， 為 電壓源型 逆變電路拓撲圖。無刷 直流 電動機為了實現(xiàn)無電刷換相，首先要求把一般直流電動機的電樞繞組放在定子上，把永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與傳統(tǒng)直流永磁電動機的結(jié)構(gòu)剛好相反。由于電子開