【正文】 謝謝胡老師！參考文獻(xiàn)1 :科學(xué)出版社，20052 李鐘明,:國(guó)防工業(yè)出版社，19993 ，19964 陳清泉，:清華大學(xué)出版社，廣州:暨南大學(xué)出版社，20005 ，2004 6 :江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，20017 ，19968 韋敏，20049 盧靜，陳非凡，200210 梁正峰，200411 陳鋼，12 ，200013 謝運(yùn)祥,. 機(jī)械工業(yè)出版社，200714 ，200715 許大中,，200216 王成元,夏加寬,楊俊友,，200617 姚國(guó)強(qiáng),錢銳,. 辭學(xué)出版社，200618 . 機(jī)械工業(yè)出版社，200419 [日]，200620 黃俊,. 機(jī)械工業(yè)出版社，200421 余永權(quán),汪明慧, ，200322 ，199623 ，199724 張立,．北京機(jī)械工業(yè)出版社，199525 余永權(quán),李小青,. 北京航空航天大學(xué)出版社,199126 李志民,199527 ．北京機(jī)械工業(yè)出版社,2004附錄1Brushless DC (BLDC) Motor FundamentalsBrushless Direct Current (BLDC) motors are one of the motor types rapidly gaining popularity. BLDC motors are used in industries such as Appliances, Automotive,Aerospace, Consumer, Medical, Industrial Automation quipment and the name implies, BLDC motors do not use brushesfor mutation。 由于時(shí)間與能力有限，本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，比如可采用無(wú)位置傳感器的控制方法，利用軟件檢測(cè)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，從而省去位置傳感器，降低硬件成本，提高可靠性。剎車信號(hào)、過(guò)流信號(hào)和欠壓信號(hào)順次讀入，并進(jìn)行相應(yīng)處理。6 PWM脈寬時(shí)間算法PWM周期和占空比計(jì)算公式為:PWM周期=[(PR2)+l]*4*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值)，TOSC為晶振周期:PWM占空比=(CCPRIL:CCPICON5:4)*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值)。因此, 要在中斷程序中控制下次PWM中斷的時(shí)間有兩個(gè)方法:一是改變PR2值, 一是對(duì)TIMER2置數(shù), 改變其初始值。若想控制定時(shí)器定時(shí)時(shí)間, 可以在其中斷程序里面將定時(shí)器置數(shù), 定時(shí)器便從這個(gè)數(shù)開(kāi)始計(jì)數(shù)直到溢出。這樣做的好處是可以減小中斷程序的執(zhí)行時(shí)間, 程序運(yùn)行更加流暢。但是在電動(dòng)自行車控制場(chǎng)合,這樣的想法是沒(méi)有必要的。若電機(jī)需要反轉(zhuǎn), 只需增加一個(gè)反轉(zhuǎn)狀態(tài)表即可。在運(yùn)行的過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)是否有剎車信號(hào)輸人, 若有剎車信號(hào)輸人, 則關(guān)閉輸出。隨后采樣位置傳感器產(chǎn)生霍爾信號(hào), 將該信號(hào)的狀態(tài)與電機(jī)固定的相位序列進(jìn)行比較, 判斷電機(jī)的相位是否正確。當(dāng)電池電壓過(guò)低時(shí)給出欠壓信號(hào)，輸出截止，防止電池由于過(guò)放而損壞。過(guò)流保護(hù)是控制器的最后防線，過(guò)流保護(hù)電阻用的是康銅絲，當(dāng)系統(tǒng)電流超過(guò)最大保護(hù)電流值時(shí)，康銅絲會(huì)燒斷，從而起到保護(hù)作用。采樣直流母線電流有兩種方法，一種是在待測(cè)電路上串入一個(gè)小電阻，用小電阻上的壓降反映電流的大小；另一種是采用電流傳感器。電流采樣信號(hào)通過(guò)LM358與一固定電壓值比較，當(dāng)電壓的電流過(guò)大時(shí)，LM358輸出高電平，送入GAL16V8直接關(guān)斷輸出，進(jìn)行邏輯保護(hù)。當(dāng)轉(zhuǎn)子到下一位置時(shí)，前一位置的霍爾器件停止工作，下一位置的霍爾器件輸出電壓信號(hào)，控制部分使得對(duì)應(yīng)定子繞組通電，產(chǎn)生推斥場(chǎng)使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此循環(huán)，維持電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。無(wú)位置傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起動(dòng)。光電式位置傳感器輕便可靠，安裝精度高，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)整方便，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。（3）光電式位置傳感器光電式位置傳感器由固定在定子上的幾個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光板所組成。電機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時(shí)，輸入和輸出繞組通過(guò)定、轉(zhuǎn)子磁芯耦合，輸出繞組中則感應(yīng)出高頻信號(hào)，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器工作。如圖312所示，霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低、可靠，但對(duì)工作溫度有一定要求，同時(shí)霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號(hào)電平太低，不能正常工作。這樣，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，三個(gè)霍爾元件便交替輸出三個(gè)寬度為180176。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機(jī)端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機(jī)軸同軸的永磁體。其中最常用的有以下幾種：（1）霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種。它對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測(cè)，其輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯變換后去控制開(kāi)關(guān)管的通斷，使電機(jī)定子各相繞組按順序?qū)?，保證電機(jī)連續(xù)工作?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它們的體積小，重量輕，壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1 MHz) ,耐震動(dòng)，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。GAL16V8主要是把驅(qū)動(dòng)順序信號(hào)和帶有各種控制信息的脈寬調(diào)制PWM信號(hào)綜合成六個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 QA－QH :輸出端。當(dāng) A、B 任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下輸出為低電平。 顯示電路本系統(tǒng)采用3個(gè)發(fā)光二極管作為面板指示燈，如圖所示。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。如圖37所示，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)把，改變了霍耳元件周圍的磁場(chǎng)強(qiáng)度，也就改變了霍耳轉(zhuǎn)把的輸出電壓。當(dāng)處于脈寬調(diào)制工作方式時(shí)，可以在引腳輸出分辨率高達(dá)10位的PWM信號(hào)。掉電保護(hù)電路 振蕩定時(shí)器，保障振蕩的穩(wěn)定建立 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TMR 1，睡眠中仍可計(jì)數(shù) 每個(gè)I/O引腳最大拉電流25mA （3）OSCOSC2：為振蕩器晶振。其中MCLR為低電平時(shí)，對(duì)芯片復(fù)位；該管腳的電壓不能超過(guò)VDD，否則會(huì)進(jìn)入測(cè)試方式。(7)同步串行數(shù)據(jù)傳送方式可以滿足主控/從動(dòng)和主控總線要求。PICF877單片機(jī)指令集系統(tǒng)只有35條指令，全部采用單字節(jié)指令，而且除4條判斷轉(zhuǎn)移指令發(fā)生間跳外，均為單周期指令，執(zhí)行速度較高。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。產(chǎn)品采用全新的流水線結(jié)構(gòu)，單字節(jié)指令體系，嵌入Flash以及10位A/D轉(zhuǎn)換器。(3)價(jià)格因素。由于整個(gè)系統(tǒng)有多種模擬參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此選用的單片機(jī)應(yīng)該有多通道A/D轉(zhuǎn)換模塊。 單片機(jī)的選擇目前，市場(chǎng)上有很多無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，大部分電動(dòng)車生產(chǎn)廠商采用Motorola公司的MC3303無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，它具有無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)所需要的基本功能。當(dāng)Vs為500V或接近500V時(shí)，高端功率MOSFET關(guān)斷。同樣，當(dāng)VBS低于規(guī)定的欠電壓點(diǎn)時(shí)，欠電壓檢測(cè)電路也會(huì)使高端輸出中斷。邏輯電路為兩路輸出提供相應(yīng)的控制脈沖。兩路通道均帶有滯后欠壓鎖定功能。 (2) IR2110 主要功能及技術(shù)參數(shù)IR2110 采用CMOS 工藝制作,邏輯電源電壓范圍為5 V～20 V ,適應(yīng)TTL 或CMOS 邏輯信號(hào)輸入,具有獨(dú)立的高端和低端2 個(gè)輸出通道。電 力 MOSFET開(kāi)關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，不存在二次擊穿問(wèn)題電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置通過(guò)上述的比較，我選擇MOSFET。表31對(duì)IGBT、GTR、GTO 和電力MOSFET的優(yōu)缺點(diǎn)的比較器 件優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，是一個(gè)“自控式逆變器”。自舉電路由分立器件構(gòu)成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅(qū)動(dòng)集成電路。但是由于無(wú)位置傳感器控制方法在低速時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的速度調(diào)制，所以現(xiàn)階段在電動(dòng)車領(lǐng)域只是處于研究階段，無(wú)法推廣到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。但是這些專用芯片價(jià)格昂貴，外圍電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，在廣大的民用市場(chǎng)無(wú)法大規(guī)模推廣應(yīng)用。目前，市場(chǎng)上常用的電動(dòng)自行車無(wú)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公司研制的專用集成電路MC33035，其針對(duì)無(wú)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。產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。這種方案可以降低設(shè)備投資，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。（4）實(shí)現(xiàn)短路、過(guò)流、過(guò)電壓和欠電壓等故障保護(hù)電路。無(wú)機(jī)械式位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)是通過(guò)檢測(cè)和計(jì)算與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的物理量間接地獲得轉(zhuǎn)子位置信息，主要有反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測(cè)法、定子三次諧波檢測(cè)法和瞬時(shí)電壓方程法等。轉(zhuǎn)子位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開(kāi)關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。因此，目前以星形連接三相橋式主電路應(yīng)用最多。一般相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩的脈動(dòng)越小；采用橋式主電路比采用非橋式主電路的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。適當(dāng)?shù)靥岣呃@組利用率將可以使同時(shí)通電的導(dǎo)體數(shù)增加，使電阻下降，效率提高。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子繞組的相數(shù)可以有不同的選擇，繞組的連接方式也有星形和角型之分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本體為永磁電機(jī)，所以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也稱為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。第2章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(Brushless DC Motor,簡(jiǎn)稱BLDCM)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器、,控制器對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)信號(hào),開(kāi)關(guān)信號(hào)以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開(kāi)關(guān)器件,將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動(dòng)機(jī)定子各相繞組,使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩.現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下。隨著信息技術(shù)和控制理論的發(fā)展，在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域中，一個(gè)新的發(fā)展方向就是先進(jìn)控制理論，尤其是智能控制理論的應(yīng)用。（1）轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制。無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行實(shí)際上就是要求在不采用機(jī)械傳感器的條件下，利用電機(jī)的電壓和電流信息獲得轉(zhuǎn)子磁極的位置.目前比較成熟的無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行方式有：1 反電動(dòng)勢(shì)法——包括直接反電動(dòng)勢(shì)法、間接反電動(dòng)勢(shì)法以及派生出來(lái)的反電動(dòng)勢(shì)積分法等。目前無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，并日趨廣泛，特別是在家用電器、電動(dòng)汽車、航空航天等領(lǐng)域已得到大量應(yīng)用。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動(dòng)化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都越來(lái)越趨向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機(jī)必須具有精度高、速度快、效率高等特點(diǎn)，無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長(zhǎng)。但不能通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁調(diào)速，因?yàn)橛来朋w的勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)。在不同的供電電壓驅(qū)動(dòng)下，可以得到如13圖所示機(jī)械特性曲線簇。然而，為了簡(jiǎn)化控制電路，每個(gè)霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準(zhǔn)點(diǎn)（r0=00）=00的控制條件下，A相繞組開(kāi)始通電的時(shí)刻（即該相反電勢(shì)相位30度位置）恰好與A相位置傳感器輸出信號(hào)A的電平跳變時(shí)刻重合，此時(shí)應(yīng)將T1開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的這種工作方式叫兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)，這是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)最常用的一種工作方式。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過(guò)60電角度，逆變器開(kāi)關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通邏輯為TT6—TT2—TT2—TT4—TT4—TT6—TT6。沒(méi)有電刷/換向器給予的機(jī)械限制比較低，存在電刷給予的機(jī)械限制電氣噪聲低電刷的電弧將對(duì)附近的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾制造價(jià)格比較高低控制復(fù)雜和價(jià)格貴簡(jiǎn)單和價(jià)格不貴控制要求為了使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必須要有控制器，但同樣的控制器可用于變速控制對(duì)于一個(gè)固定的速度而言，不需要控制器；有變速要求的時(shí)候才需要控制器 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理1．無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩分析電機(jī)本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號(hào)，控制動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔 離放大后控制逆變器的功率開(kāi)關(guān)管，使電機(jī)的各相繞組按一定的順序工作。在較高速度上運(yùn)行時(shí)，電刷摩擦增加，有用力矩減小效率由于沒(méi)有電刷壓降，所以效率高中等輸出功率/外形尺寸之比高由于電樞繞組設(shè)置在與機(jī)殼相連的定子上，容易散熱。我國(guó)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的研究起步較晚。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展在很大程度上取決于電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展的早期，由于當(dāng)時(shí)大功率開(kāi)關(guān)器件僅處于初級(jí)發(fā)展階段，可靠性差，價(jià)格昂貴，加上永磁材料和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)水平的制約，使得無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)自發(fā)明以后的一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，性能都不理想，只能停留在實(shí)驗(yàn)室階段，無(wú)法推廣使用，1970年以后，隨著電力半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，許多新型的全控型半導(dǎo)體功率器件（如GTR、MOSFET、IGBT等）相繼問(wèn)世，加之高磁能積永磁材料（如SmCo、NsFeB）陸續(xù)出現(xiàn)，這些均為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)因而得到了迅速的發(fā)展。但是，有機(jī)械接觸電刷換向器一直是電流電機(jī)的一個(gè)致命弱點(diǎn)，它降低了系統(tǒng)的可靠性，限制了其在很多場(chǎng)合中的使用。本設(shè)計(jì)是把無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以PIC16F72單片機(jī)為控制電路，單片機(jī)采集比較電平及電機(jī)霍爾反饋信號(hào)，通過(guò)軟件編程控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案摘 要無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。關(guān)鍵詞 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 單片機(jī) 霍爾位置傳感器Abstract