【正文】 cc相連接 .即使沒有使用 ADC 也應(yīng)該如此。 XTALl:反向振蕩器放大器及片內(nèi)時鐘操作電路的輸入。超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 PG3和 PG4 是振蕩器引腳。端口 G 也可以用作其他不同的特殊功能。作為輸入使用時 .若內(nèi)部上拉電阻使能 .則端口被外部電路拉低時將輸出電流。 端口 G(PG4~PG0):端口 G為 5位雙向 I/O口 ,并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。端口 F 也 可以作為 J TAG 接口。復(fù)位發(fā)生時端口 F 為三態(tài)。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性 ,可以輸出和吸收大電流。 端口 F(PFT~PF0):端口 F為 ADC 的模擬輸人引腳。 端口 E(PE7~PE0):端口 E 為 8 位雙向 I/0 口 ,復(fù)位發(fā)生時端口 E 為三態(tài)。 端口 D(PD7~PD0):端口 D 為 8 位雙向 I/0 口 ,復(fù)位發(fā)生時端口 D 為三態(tài)。端口 C 也可以用作其他不同的特殊功能。端口 8 也可以用作其他不同的特殊功能。端口 A也可以用作其他不同的特殊功能。作為輸入使用時 ,若內(nèi)部上拉電阻使能 ,則端口被外部 電路拉低時將輸出電流。 端口 A(PA7~PAO):端口 A為雙向 I/O 口并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 ATmega128TQFP 封裝現(xiàn)主要有這些型號： ATmega12816AU、 ATmega12816AI。 工作電壓： ATmega128L, ATmega128。 編輯本段 I/O 封裝。 6種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及擴展的 Standby 模式。 片內(nèi)經(jīng)過標定的 RC 振蕩器。 具有獨立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器。 6路分辨率可編程（ 1 到 16 位）的 PWM 輸出比較調(diào)制器。 具有獨立預(yù)分頻器的實時時鐘計數(shù)器。 圖 ATmega128 最小系統(tǒng)原理圖 兩個具有獨立的預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時器 / 計數(shù)器。因其容量大，處理速度快， I/O 口也足夠，耐溫較 51 單片機要好很多，所以選此芯片。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 圖 3 無刷直流電機 控制器的硬件設(shè)計 18 3 無刷直流電機控制器的硬件設(shè)計 微控制器的選擇：系統(tǒng)采用 ATmega128 為核心控制芯片。 本設(shè)計中對各個功能模塊的編程設(shè)計是通過 C 語言實現(xiàn)的，軟件設(shè)計采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的編程思想，完成對沖孔打樁機自動控制系統(tǒng)軟件功能實現(xiàn)。針對本設(shè)計，系統(tǒng)完成機械的自動化改裝和硬件設(shè)計之后，根據(jù)軟件編程方法，需要提出軟件的設(shè)計思路，如圖 所示為本系統(tǒng)總體軟件的設(shè)計思路。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 圖 無刷直流電機控制器原理框圖 單片機從鍵盤獲得啟動信號，根據(jù)給定轉(zhuǎn)速信息配置輸出 PWM 信號的相關(guān)頻率和占空比，電機通過霍爾傳感器將電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和位置信息反饋給單片機，單片機通過 AD 采集模塊采集接在桿路上小電阻的電壓信息獲取電流信號，同時實現(xiàn)過流保護功能，單片機將轉(zhuǎn)速信息和功率信息顯示在液晶屏上?！?120176。為保證產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，通常需要使繞組合成磁場與轉(zhuǎn)子磁場保持垂直。電角度，對應(yīng)每相繞組持續(xù)導(dǎo)通 120176。在兩兩導(dǎo)通方式下，每一瞬間有兩個功率管導(dǎo)通，每隔 1／ 6周期即 60176。按照功率管的通電方式，可以分為兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通兩種控制方式。由以上分析可進行編程調(diào)試。由于每一步的延時時間是由前一步計算出來的，如果 的誤差較大，后面每一步的延時誤差都增大。這里假設(shè) 。它的第 0步是對應(yīng)加速過程的第 i 步，最后一步對應(yīng)加速過程的第 0步。加速過程如圖 所示。但式（ ）需要開平方，它不適合沒有浮點運算功能的處理器，下面再加以變換。如果為加速狀態(tài)，則 ， ；如果為減速狀態(tài)，則 ， 。 圖 用定時器控制時間 如圖 所示，電機某一步的持續(xù)時間（即定時器的延時時間） 為 （ ） 式中： 為第 n步時定時器的計數(shù)值； f為給定時器提供的時鐘源頻率。如圖 所示，步進電機先以加速度 加速，然后以加速度減速到停止，之間沒有勻速過程。 圖 加減速運行曲線 （ a）勻加減速曲線；（ b） S形加減速曲線 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 12 加減速實時算法的核心是使用定時中斷，當(dāng)定時器發(fā)生超時中斷時，中斷服務(wù)程序推動電機走下一步，然后計算出下一步將要維持的時間，并以之設(shè)置定時器下一次的中斷時間。 為了滿足加減速要求，步進電動機的運行通常按照根據(jù)經(jīng)驗和試驗得到的加減速曲線進行。如果啟動頻率超過極限啟動頻率 ，步進電動機會產(chǎn)生失步，不能正常啟動；如果突然停止，會由于慣性發(fā)生過沖，造成位置精度降低；升降速過于緩慢，則會影響執(zhí)行機構(gòu)的工作效率。因此，在設(shè)計時需要 因電機而異。如果它的值太大，則可以較快地到達目的位置，但有可能產(chǎn)生振蕩。當(dāng)快要到達指定的停止位置時，再以恒定的加速度減速，在停止位置處停住，如圖 所示。 軟件脈沖分配方式的調(diào)速，可以通過采用延時或定時程序調(diào)整兩個控制字之間的時間間隔來實現(xiàn)；硬件脈沖分配方式的調(diào)速，可以通過控制步進脈沖的頻率來實現(xiàn)。 控制脈沖的頻率決定步進電動機的轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于反轉(zhuǎn)的狀態(tài)，三個霍爾傳感器感應(yīng)出來的值正好次序相反。電機在旋轉(zhuǎn)之前首先完成轉(zhuǎn)子定位工作，然后再根據(jù)霍爾傳感器反饋回的轉(zhuǎn)子位置信息給出下一步的控制信息。 實際應(yīng)用較多的分段同步控制方式綜合了同步控制和異步控制的優(yōu)點：在低頻段使用異步控制方式，而在其它頻率段使用同步控制方式。雖然不存在同步控制方式所產(chǎn)生的低頻諧波分量大的缺點，但是可能會造成逆變器輸出的正半波與負半波、三相波之間不嚴格對稱的現(xiàn)象，引起電動機運行不平穩(wěn)。 （ 2）異步控制方式 。 相差的對稱關(guān)系。 使調(diào)制波頻率與載波頻率的比值等于常數(shù)，即在逆變器輸出電壓的每個周期內(nèi)，所使用的三角波數(shù)目不變，因此產(chǎn)生的 SPWM 波的脈沖數(shù)是一定的。 載波與調(diào)制波的頻率調(diào)整有以下三種形式。 載波頻率的提高，受逆變開關(guān)管的最高開關(guān)頻率限制。一般說來，載波頻率應(yīng)大于調(diào)制波頻率 10~20 倍，載波頻率越高，諧波波幅越小，電流波形越 平滑。 圖 （ e）是線電壓 的輸出波形，同理也可以得到 。下臂開關(guān)管產(chǎn)生負脈沖。每一條正弦波與等腰三角形載波的交點決定了同一橋臂（同相）逆變開關(guān)管的開通與關(guān)斷的時間。 圖 （ a）表示了三相調(diào)制波與等腰三角形載波的關(guān)系，三相調(diào)制波由頻率和幅值都一樣，但相位上相差 120176。 （ 2）雙極性控制。 每半個周期內(nèi)，在逆變橋的同一橋臂的上下兩個逆變開關(guān)管中，只有一個逆變開關(guān)管按圖 24 的規(guī)律反復(fù)通斷，而另一個 逆變開關(guān)管始終關(guān)斷；在另半個周期內(nèi)，兩個逆變開關(guān)管的工作狀態(tài)正好相反。 圖 SPWM波形 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 圖 SPWM波生成方法 三相逆變開關(guān)管生成 SPWM 波的控制方式有單極性控制和雙極性控制兩種。等腰三角形波稱為載波，而正弦波則稱為調(diào)制波。由于諧波成 分大大減少，驅(qū)動效果可以達到基本滿意的水平。 然而，矩形波含有許多高次諧波成分，將產(chǎn)生使交流異步電動機發(fā)熱、力矩下降、振動噪聲等不良后果。實際上，因為無法控制 的大小，通常是忽略在阻抗上產(chǎn)生的壓降，用調(diào)節(jié)電源電壓 來近似地代替調(diào)節(jié) ，使其跟隨頻率的變化，保持磁通量近似恒定，即 （ ） 這就是為什么在變頻的同時也要變壓，即 VVVF。 通常在設(shè)計時已使電動機的磁通容量達到最大容量，因此磁通量再增加將產(chǎn)生磁飽和，引起電流波形畸變，削弱電磁力矩，影響機械特性。此時如果外負載不變，則 不變， 將增加，也就是使磁通量增加。 VT1 V T2 VT3VT4 V T5 VT6（ a ）V T 1V T 2V T 3V T 4V T 5V T 61t2t3t4t5t6t（ b ） tOttttRYUYBUBRUROUYOUBOU（ c ） tUBRZYZBZOOOOO（ ）（ ） （ ）西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 7 交流異步電動機進行變頻調(diào)速時，如頻率 下降，則 降低。 而在電源一側(cè)，電源電壓的平衡方程式為 （ ） 加在電機繞組端的電源電壓 ，一部分產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ，另一部分消耗在 阻抗（線圈電阻 和漏電感 ）上。~360176。~300176。~240176。~180176。~120176。~60176。 表 180176。線電壓 RYU ， YBU ， BRU的波形如圖（ c）所示，可以看出，它們的幅值為 U，三者之間互差 120176。導(dǎo)通型三相逆變器的控制規(guī)律如圖（ b）所示，其中深色部分表示逆變管導(dǎo)通。 A 0A 1B 0C 1C 0B 1NS90西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 5 380 V ~S1R2R 3R 4R 5R 6RbRcRaRrCLPV TC電動機1C2C3C4C5C6CV D1 V D2 V D3V D4 VD5V D6V D7 V D8 VD9V D10 V D 11 V D12V D13 V D14 V D15V T1 V T2VT3V T4V T5 V T6V D16V D17 VD18圖 無刷直流電機在三三導(dǎo)通方式下的工作原理 三相逆變橋的電路簡圖如上圖所示，控制逆 變管的導(dǎo)通和關(guān)斷可以把直流電逆變成矩形波三相交流電，圖中 R、 Y、 B為逆變橋的輸出。 2 無刷直流電機控制器的工作原理與總體設(shè)計 4 2 無刷直流電機控制器的工作原理與總體設(shè)計 經(jīng)過對課題工程背景的研究，設(shè)計需要從控制對象的角度尋找設(shè)計的切入點，本章從無刷直流電機的原理分析，從而得出無刷直流電機控制器的總體設(shè)計思想框架。 第五章：無刷直流電機控制器的調(diào)試 介紹了實驗室調(diào)試。 研究論文的章節(jié) 安排 無刷直流電機控制器的設(shè)計，本論文的結(jié)構(gòu)及內(nèi)容安排如下： 第一章：緒論 主要介紹了無刷直流電機的背景、現(xiàn)狀及課題來源，闡述了課題研究的應(yīng)用價值，并對本系統(tǒng)設(shè)計的目的和內(nèi)容做了論述； 第二章：無刷直流電機工作原理與總體設(shè)計 簡要介紹了無刷直流的機械和電器系統(tǒng)的組成； 第三章：無刷直流電機控制器的硬件設(shè)計 確定了設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計原理方法，并詳細介紹了系統(tǒng)正常運行和故障處理的各個模塊的器件選擇與原理設(shè)計。無刷直流電機控制器的設(shè)計基本要求是能夠?qū)崿F(xiàn)對電機的調(diào)速，控制電機的正反轉(zhuǎn)和急停，通過液晶顯示電機轉(zhuǎn)速和功率信息，用霍爾傳感器采集轉(zhuǎn)子的位置信息。過程控制、機械控制和運輸控制等很多都屬于這類應(yīng)用。定位應(yīng)用：大多數(shù)工業(yè)控制和自動控制方面的應(yīng)用屬于這個類別，這類應(yīng)用中往往會完西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 3 成能量的輸送，所以對轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩有特別的要求，對控制器的要求也較高?？勺冐撦d應(yīng)用：主要是轉(zhuǎn)速需要在某個范圍內(nèi)變化的應(yīng)用，對電機轉(zhuǎn)速特性和動態(tài)響應(yīng)時間特性有更高的需求。 無刷直流電機的應(yīng)用十分廣泛，如汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航空航天等等。微處理機速度亦越來越快，可實現(xiàn)將交流電機控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直交坐標系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機在兩軸電流分量，達到類似直流電機控制并有與直流電機相當(dāng)?shù)男阅堋＝涣麟姍C沒有碳刷 及整流子，免維護、堅固、應(yīng)用廣，但特性上若要達到相當(dāng)于直流電機的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達到。這就要藉由碳刷及整流子。經(jīng)過 20 多年的發(fā)展，目前我國已有幾種系列產(chǎn)品生產(chǎn)，如 ST 系列， IFTS系列， ASM 系列，但仍沒有制定出國家標準，限于我國元器件水平及相關(guān)理論與實踐相 結(jié)合的程度還比較低，尤其是制造工藝和加工設(shè)備較國際水準差距較大，所以目前我國無刷電機綜合水平仍低于國際水平，大約相當(dāng)于國外 70 年代末 80 年代初的水準，有待進一步研究和開發(fā)。 80 年代初期，電機本體與換向驅(qū)動電路的價格比大約為 1： 10，而當(dāng)今已降至 1： 1～ 3，這就為大量推廣應(yīng)用創(chuàng)造了先決條件。 80 年代在國際上開展了深入的研究，先后研制成方波無刷電機和正弦波無刷直流電機，在 10 多年的時間里，無刷直流電機在國際上已得到較為 充 分的發(fā)展，在一些較為發(fā)達的國家里，無 刷直流電機將在未來的幾年中成為主導(dǎo)電機，并逐步取代其它類型的電機 。如今無刷直流電機集特種電機、變速機構(gòu)、檢測元件、控制軟 件與硬件于一體，形成為新一代電動伺服系統(tǒng)，且體覡著當(dāng)今應(yīng)用科學(xué)的許多最新成果，因此是機電一體化的高技術(shù)產(chǎn)物。 近 40 年來，由于電機本體及其相關(guān)學(xué)科的迅猛發(fā)展，“無刷直流電機”的概念已由最初的具有