【正文】 WM波形，可以用來(lái)產(chǎn)生SPWM波形。第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件部分設(shè)計(jì)分模塊進(jìn)化設(shè)計(jì)，這樣以模塊化的思想節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，減小了軟件調(diào)試的工作量。本次設(shè)計(jì)在驅(qū)動(dòng)電路前級(jí)加上三極管電流放大電路，這樣做的目的是確保有足夠大的驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)長(zhǎng)S芯片本身管腳驅(qū)動(dòng)電流小。V；邏輯電源范圍5～20V，且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量；獨(dú)立的低端和高端輸入通道。同時(shí)上管采用外部自舉電容上電，使驅(qū)動(dòng)電源數(shù)目較其他IC驅(qū)動(dòng)大大減少，在工程上減少了控制變壓器體積和電源數(shù)目，降低了產(chǎn)品成本提高了系統(tǒng)可靠性。電源模塊部分電路圖如42所示：圖42 電源模塊電路圖 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)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(dòng)電路的輸入。第4章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)控制模塊，PCB電源模塊，驅(qū)動(dòng)電路模塊以及三相逆變電路模塊。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(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，規(guī)則采樣法的計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然采樣法的計(jì)算速度，這是因?yàn)樽匀徊蓸臃ㄔ谇蠼獾倪^(guò)程中需要解出超越方程的根。此次設(shè)計(jì)采用的基本原理是SPWM調(diào)制波形，在仿真中，采用比較器來(lái)生成SPWM波形，其正向輸入為調(diào)制波即正弦波，反向輸入為載波即三角波，當(dāng)調(diào)制波大于載波時(shí)輸出為高，當(dāng)調(diào)制波小于載波時(shí)輸出為低。圖39三相電壓仿真波形如圖310所示為單片機(jī)發(fā)出SPWM波形仿真，可以看到波形相對(duì)稀疏，開(kāi)關(guān)頻率更低，可以看到減小載波比減小了開(kāi)關(guān)頻率，降低了單片機(jī)的壓力，但同時(shí)是以犧牲精度為代價(jià)的。如圖38（b）為三相電流波形的FFT分析，可以看出，電流波形含載波頻率整數(shù)倍次附近頻率諧波，諧波幅值相比有所增加但仍然可以接受。圖36電機(jī)三相電壓仿真波形如圖37所示為單片機(jī)發(fā)出SPWM波形仿真，可以看到波形相對(duì)稀疏，開(kāi)關(guān)頻率降低，這有效中和了調(diào)制波頻率增加帶來(lái)的開(kāi)關(guān)頻率加大。如圖35（b）為三相電流波形的FFT分析，可以看出，電流波形僅含載波頻率整數(shù)倍次附近頻率諧波，諧波次數(shù)較高，幅值較低，對(duì)電機(jī)影響較小。圖33電機(jī)三相電壓仿真波形如圖34所示為單片機(jī)發(fā)出SPWM波形仿真，可以看出，波形比較密集，開(kāi)關(guān)頻率高。如圖32（b）為三相電流波形的FFT分析，可以看出，電流波形僅含載波頻率整數(shù)倍次附近頻率的諧波，諧波次數(shù)高且幅值低，對(duì)電機(jī)影響較小。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(jī)發(fā)出波形，主電路同實(shí)際電路相同，三相對(duì)稱(chēng)阻感負(fù)載模擬電機(jī)，其參數(shù)和實(shí)際電機(jī)參數(shù)相同。這種控制方法被廣泛應(yīng)用于調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合[8]。 本次設(shè)計(jì)所采用的方法本次設(shè)計(jì)本著設(shè)計(jì)一款低成本的控制器的宗旨，在認(rèn)真分析各種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)之后，選擇了無(wú)傳感器方式下的基于SPWM的變壓變頻開(kāi)環(huán)控制方法，SPWM生成的方式采用規(guī)則采樣法，并且為了克服一些其他方面的不足，采用較為復(fù)雜的分段同步調(diào)制。b. 無(wú)位置傳感器優(yōu)點(diǎn)：(1) 降低成本，減小電機(jī)的體積；(2) 抗干擾能力強(qiáng)，能在高溫、濕度大、有腐蝕物質(zhì)、空氣污濁的環(huán)境中工作；(3) 無(wú)傳感器安裝的問(wèn)題，減小電機(jī)的生產(chǎn)難度。傳感器的輸出信號(hào)都是弱電信號(hào)，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(dòng)、高速運(yùn)行等工作條件下，都會(huì)降低傳感器的可靠性。安裝了位置傳感器后，一方面電機(jī)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜了，另一方面電機(jī)的體積相對(duì)來(lái)說(shuō)變大了，妨礙了電機(jī)的小型化；(2) 增加了電機(jī)成本。 兩種控制方式的比較a. 有位置傳感器優(yōu)點(diǎn)：(1) 因?yàn)橛谢魻栁恢脗鞲衅?，所以電機(jī)換相準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)的準(zhǔn)確度不受電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響；(2) 不需要外加的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，硬件電路簡(jiǎn)單；(3) 電機(jī)換相控制編程簡(jiǎn)單，不需要處理濾波延遲等問(wèn)題。b. 無(wú)位置傳感器控制方式無(wú)位置傳感器控制方式是指無(wú)刷直流電機(jī)不直接安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器，但在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，控制電機(jī)換相的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)還是需要檢測(cè)的，因此，無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制研究的關(guān)鍵是架構(gòu)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)電路，通過(guò)軟硬件間接獲得可靠的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。 系統(tǒng)控制策略分析論證 無(wú)刷直流電機(jī)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(wú)刷直流電機(jī)定子上安裝位置傳感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，為電子換相電路提供正確的換相信息，來(lái)控制電子換相電路中的功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，保證電機(jī)各相繞組按順序?qū)?，在空間形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。 LS052Ax采用新型的發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)L體系結(jié)構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多核多任務(wù)并行處理，可以只運(yùn)行單道程序，也可同時(shí)執(zhí)行關(guān)聯(lián)或非關(guān)聯(lián)的三道程序。空閑方式1僅停止CPU的工作，但維持SRAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信口等外設(shè)機(jī)制繼續(xù)工作；空閑方式2停止振蕩器工作，切斷片內(nèi)所有時(shí)鐘，SRAM中的內(nèi)容維持不變。 LS主要功能特性L(fǎng)S052Ax片內(nèi)包含2K～64K字節(jié)程序存儲(chǔ)器(Flash)，1K～16K字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM)，4個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，16個(gè)中斷源/兩級(jí)中斷機(jī)制，并發(fā)三道處理引擎，36個(gè)I/O端口驅(qū)動(dòng)器，2個(gè)全雙工串行通信端口，1個(gè)SPI主從模式通信端口，2個(gè)I2C主從模式通信端口，1個(gè)一線(xiàn)通信主模式通信端口，7通道空間矢量SVPWM，4/8路10位精度ADC，1個(gè)可編程看門(mén)狗，振蕩器及時(shí)鐘電路。 控制系統(tǒng)的控制芯片選型 LS芯片簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)沙柯珞微電子科技有限公司生產(chǎn)的LS052Ax系列MCU（單片機(jī)），該單片機(jī)是該公司設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的高性能8位系列MCU，其指令系統(tǒng)與MCS51兼容，內(nèi)部功能、引腳功能、引腳排列以及引腳的電氣特性與AT89S52基本兼容。電壓型逆變電路對(duì)功率開(kāi)關(guān)管的耐壓要求比電流型逆變電路的要低，更容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榉答仧o(wú)功能量時(shí)電流并不反向，因此不必想電壓型逆變電路那樣給開(kāi)關(guān)器件反并聯(lián)二極管。而交流側(cè)輸出電壓波形和相位則因?yàn)樨?fù)載阻抗情況不同而不同。直流側(cè)基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)高阻抗。換流時(shí)，是在上橋臂組或下橋臂組的組內(nèi)依次換流，為橫向換流。b. 電流型逆變電路如圖23所示為三相電流型逆變電路拓?fù)鋱D，這種電路的基本工作方式是120o導(dǎo)電方式。(3) 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容起緩沖無(wú)功能量的作用。(2) 由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且去負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)。圖22 電壓源型逆變電路拓?fù)鋱D電壓源型逆變電路的特點(diǎn)[7](1) 直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)由大電容，相當(dāng)于電壓源?？赡苁巧厦嬉粋€(gè)橋臂，下面兩個(gè)橋臂，也可能是上面兩個(gè)橋臂，下面一個(gè)橋臂。其基本工作方式是180o導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂導(dǎo)通電角度180o，同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)橋臂交替導(dǎo)通，各相開(kāi)始導(dǎo)電的電角度依次相差120o。 無(wú)刷直流電機(jī)參數(shù)本次設(shè)計(jì)所采用的無(wú)刷直流電機(jī)為三相八極電機(jī)。但僅這樣做還是不行的，因?yàn)橛靡话阒绷麟娫唇o定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場(chǎng)。由于電樞的換相作用，使得這兩個(gè)磁場(chǎng)的方向在直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)不停的運(yùn)轉(zhuǎn)。 無(wú)刷直流電機(jī)工作原理一般的永磁式電動(dòng)機(jī)的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動(dòng)機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)。c. 電子換相當(dāng)定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置變換成電信號(hào)，去控制電子開(kāi)關(guān)線(xiàn)路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。位置傳感器種類(lèi)較多，且各具特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)采用的電機(jī)定子為三相，轉(zhuǎn)子為8極。其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等）。綜上所述，無(wú)刷直流電機(jī)由電機(jī)本體，轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子換相線(xiàn)路三大部分組成，如圖21所示[3]。電機(jī)內(nèi)裝有一個(gè)轉(zhuǎn)子位置傳感器，用來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中的位置。第2章 系統(tǒng)總體方案論證 控制對(duì)象分析 無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電機(jī)是一種自控變頻的永磁同步電機(jī)，就其組成結(jié)構(gòu)而言，它具有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和固定的電樞。硬件方面包括控制芯片的選擇，主電路的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，及PCB板的制作；軟件方面包括SPWM波形的生成，單片機(jī)多通道的設(shè)置，VVVF控制方法的實(shí)現(xiàn)算法等。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在首先認(rèn)真分析了無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，了解了它的控制方法，并對(duì)不同的控制方法做了對(duì)比，結(jié)合LS單片機(jī)的性能，并充分考慮控制器低成本的要求，最終重點(diǎn)研究了基于LS單片機(jī)的SPWM變壓變頻起動(dòng)的原理和實(shí)現(xiàn)方法?，F(xiàn)在從國(guó)外進(jìn)口的設(shè)備中，已經(jīng)很少看到以有刷直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，一些國(guó)家如美國(guó)、英國(guó)、日本、德國(guó)的相關(guān)公司經(jīng)不再大量生產(chǎn)伺服驅(qū)動(dòng)用的有刷直流電動(dòng)機(jī)[2]。選擇該課題進(jìn)行研究的目的和意義在于：在解決生產(chǎn)生活實(shí)際中問(wèn)題的同時(shí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立從事技術(shù)開(kāi)發(fā)和科學(xué)研究的能力。為了解決客車(chē)、城市公交車(chē)在實(shí)際使用中發(fā)動(dòng)機(jī)不同溫度狀況下的散熱問(wèn)題，有效地保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用溫度，車(chē)載電子風(fēng)扇是最佳選擇，本設(shè)計(jì)旨在研究設(shè)計(jì)一款低成本的無(wú)刷直流電機(jī)控制器。 the DC bus voltage is 12V。 the maximum output current is 2A。關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)，LS052Ax單片機(jī)，SPWM脈寬調(diào)制，低成本AbstractIn order to solve the problem of heat dissipation of the vehicle engine under different temperature conditions, ensuring the normal use of the vehicle engine, electric fan is the best choice. This paper aims to study a kind of lowcost brushless DC motor controller.