【正文】 n c e N o n i n v e r t i n g I n p u tE r r o r A m p I n v e r t i n g I n p u tO s c i l l a t o rE r r o r A m p N o n i n v e r t i n g I n p u tC TB r a k e6 0 176。MC33035 是高集成度的電子芯片，因而基于它的三相無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)，可靠性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)?；?120176。 MC33035 芯片介紹MC33035 集成電路的主要組成部分包括轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼器電路；帶溫度補(bǔ)償?shù)模ǎ﹥?nèi)部基準(zhǔn)電源；頻率可設(shè)定的鋸齒波振蕩器；誤差放大器；脈寬調(diào)制(PWM) 比較器；輸出驅(qū)動(dòng)電路；欠電壓封鎖保護(hù)；芯片過(guò)熱保護(hù)等故障輸出；限流電路。采用單片機(jī)的控制器，通過(guò)程序就可以方便地實(shí)現(xiàn)巡航功能，無(wú)需改動(dòng)電路。 巡航電路電動(dòng)車在行駛過(guò)程中，必須始終保持手握調(diào)速手柄，一旦離開，調(diào)速轉(zhuǎn)把內(nèi)部的彈簧就會(huì)使轉(zhuǎn)把歸位到零速位置，采用巡航電路可以減小勞動(dòng)強(qiáng)度。常見的防飛車控制器比較簡(jiǎn)單，僅僅使用了霍爾調(diào)速把轉(zhuǎn)速輸出信號(hào)電位控制，信號(hào)電位低時(shí)，繼電器這組觸點(diǎn)斷開，信號(hào)電位升高到一定值時(shí)，繼電器這組觸點(diǎn)才開始接通。圖 310 防飛車功能的有刷控制器電路框圖，它是利用繼電器常閉觸點(diǎn)控制電機(jī)能否得電。如果不飛車，則接通繼電器這組觸點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)霍爾調(diào)速把正常加速，電機(jī)就會(huì)受控旋轉(zhuǎn)。+霍 爾調(diào) 速轉(zhuǎn) 把位 置信 號(hào)P W M1 為 功 率 開 關(guān) 漏 極 D 電 位 檢 測(cè)2 為 霍 爾 轉(zhuǎn) 把 電 位 檢 測(cè)1 、 2 全 低 時(shí) 為 飛 車M與 反繼電器驅(qū) 動(dòng) 電 路12功率開關(guān)圖 310 防飛車電路圖判斷是否飛車的依據(jù)：在霍爾調(diào)速把輸出很小，即轉(zhuǎn)把沒加速的時(shí)候，功率VDMOS 管漏極 D 應(yīng)該是高電位；如果是低電位，那就是功率管 DS 短路，加電就會(huì)飛車。為了防止這種現(xiàn)象，可以加上防飛車電路。 圖 3－9 剎車把控制原理圖 此電路只能減小轉(zhuǎn)速，卻不能在短時(shí)間內(nèi)使電機(jī)停止，使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)則需利用能耗制動(dòng)的方法使其停止工作，也就是利用 MC33035 的輸出使能端接地關(guān)閉頂部輸出端子，打開底部輸出端子，讓三個(gè)底部端子對(duì)地連接，使電機(jī)處于能耗制動(dòng)的狀態(tài)讓電機(jī)快速停止工作 [21]。同時(shí)軟件檢測(cè)到 I／O 電平為低時(shí)，判定為有剎車信號(hào)。為了滿足所有需要，本系統(tǒng)兼容了低電平和高電平剎車。圖 37 典型速度限制電路打開速度開關(guān) K，R3 不起作用，到達(dá) PWM 轉(zhuǎn)速信號(hào)為： )21/()*2(RV??裝上速度開關(guān) K，R3 和 R2 并聯(lián)，使到達(dá) PWM 轉(zhuǎn)速信號(hào)減小為： ]3/)(/[)(2RV 剎車電路剎車輸入電路如圖 38 所示。開關(guān)Ｋ打開時(shí)，車速增加，但安全系數(shù)下降，續(xù)行里程變小，電瓶壽命短?；魻栒{(diào)速轉(zhuǎn)把的速度信號(hào)電壓 V1 有電阻 R1 和 RR3 分壓后，變?yōu)?V2 才送到 PWM。限流電阻負(fù)載電阻K發(fā) 光二 極管光 電三 極管速 度 信 號(hào)地電 源 +調(diào) 光遮 板+圖（a） 光電調(diào)速把原理常見引線：+5V 紅 紅 紅 紅速度信號(hào) 綠 藍(lán) 黑 綠地 黑 黑 黃 黃紅 + 5 V綠 速 度 信 號(hào) 線黑 或 黃 （ 地 ）圖（b） 霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)物原理圖圖 3－６ 光電速度轉(zhuǎn)把和霍爾轉(zhuǎn)把互換 限速電路國(guó)家對(duì)電動(dòng)車速度限制為 20KM/h。改變遮光片的位置，就改變了光電三極管受光強(qiáng)度，也就改變了速度信號(hào)電壓的高低 [13]。光越強(qiáng)，光電三極管導(dǎo)通越好，負(fù)載電阻上的壓降越大，速度信號(hào)電壓越低。圖 36（a）是早期光電型的速度把，它是無(wú)觸點(diǎn)型的，由發(fā)光二極管、限流電阻、光電三極管、負(fù)載電阻組成。常見的引線分布有如下四種，見表 31 所示。霍爾轉(zhuǎn)把內(nèi)部常使用三端線性 UGN3501T 霍爾器件，在用 5V 供電時(shí)，靜態(tài)電流小于 8mA,電壓稍高于 5V,電流就會(huì)大于 6V,霍爾器件的電流、溫度都會(huì)快速上升，此時(shí)霍爾器件容易損壞。 H+ 5 v速 度信 號(hào)地（a）霍爾轉(zhuǎn)把實(shí)物 （b）霍爾轉(zhuǎn)把電路圖符號(hào)圖 3－５ 霍爾轉(zhuǎn)把霍爾轉(zhuǎn)把常見的故障是磁鐵脫落或退磁，還有復(fù)位彈簧折斷。這兩種可以互相改變，方法是打開轉(zhuǎn)把，將每塊磁鐵極性顛倒后，用膠重新固定。所謂信號(hào)有低變高型是指：慢慢旋轉(zhuǎn)霍爾轉(zhuǎn)把，信號(hào)線對(duì)地電壓由起始 1V 逐漸上升到 4V 左右。Nab霍耳轉(zhuǎn)把a(bǔ) 1S+b 1I c圖 3－４ 霍爾轉(zhuǎn)把原理利用上面的霍爾原理制成霍爾轉(zhuǎn)把，外形如下（圖 35a）它有三條引線，一條接+5V ，一條接信號(hào)線，一條電源（和信號(hào)的公共端）接地。有刷控制器光電調(diào)速把構(gòu)造見圖 33 所示，速度把通過(guò)鋼絲繩牽動(dòng)一個(gè)薄鋼片，上面有個(gè)“人”字形夾縫，靠它改變透光多少，速度輸出信號(hào)是（4V1V）高變低型的，發(fā)光二極管和光電接收三極管分別用屏蔽線接到速度控制器。其工作原理是：發(fā)光二極管正對(duì)光電接收三極管，中間隔著透明度逐漸變化的膠片，通過(guò)改變膠片的位置，使光電三極管接收到的來(lái)自發(fā)光二極管的光強(qiáng)度逐漸變化。光電類基本被淘汰了，但是有取材容易，造價(jià)低廉，可以自制等優(yōu)點(diǎn)。從而使電機(jī)控制更加完善 [18]。三 角 波 UdP W M ttt調(diào) 速 把 輸 出電 壓U d三 角 波 輸 入+P W M 生 成（a）PWM 生成原理+三角波的生成與輸入電機(jī)電池+穩(wěn)壓電路+ 5 V驅(qū)動(dòng)電路電池霍爾轉(zhuǎn)把功率開關(guān)圖（b）有刷調(diào)速控制器的基本結(jié)構(gòu)+三 角 波 的 生 成 與 輸 入電 機(jī)電 池 +穩(wěn) 壓 電 路+ 5 V驅(qū)動(dòng)電路電 池 霍爾轉(zhuǎn)把欠 壓 保 護(hù)信 號(hào)處 理限 流電 路K剎車電路過(guò) 流 保 護(hù)功 率開 關(guān)電 流取 樣圖（c）分立元件有刷控制器圖 32 電機(jī)速度控制器原理圖 32（ b）所示的是直流有刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，有刷控制系統(tǒng)主要通過(guò)霍爾轉(zhuǎn)把給定比較電壓并通過(guò)比較器而產(chǎn)生比較脈沖，控制功率開關(guān)開斷從而產(chǎn)生可控的電流，最終控制電機(jī)的運(yùn)行。由于 Ud 的變化時(shí)間在一定周期內(nèi)相對(duì)不變（在三角波周期內(nèi)相對(duì)極短） ，所以 Ud 在與三角波的比較后產(chǎn)生 PWM 控制脈沖，控制功率開關(guān)。原理圖如下 32（a ）是三角波（或鋸齒波）震蕩電路提供的，并且是周期一定、坡度不變的周期波。場(chǎng)效應(yīng)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由電子電路產(chǎn)生，是一串脈沖，脈沖寬度可調(diào)，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通占空比受控可變，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 [14]。占空比=Kon/(Kon+Koff)用功率場(chǎng)效應(yīng)管取代 K,在柵極加上驅(qū)動(dòng)，此驅(qū)動(dòng)電路原理將在以后介紹。通過(guò)加到 VDMOS 柵極脈沖占空比控制轉(zhuǎn)速，這就是速度控制器原理，速度控制器簡(jiǎn)稱控制器。在這里，占空比也可叫導(dǎo)通比。導(dǎo)通比可用下述公式表示： )/(TofnK??式中總周期 T 不變，K 為占空比，Ton 為導(dǎo)通時(shí)間，Toff 為截止時(shí)間。 無(wú)刷電機(jī)控制器單元電路分析 無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速原理電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車一般都使用直流電機(jī)，對(duì)直流電機(jī)調(diào)速方法如圖 31 所示普遍采用的圖 31（a ）所示方法，學(xué)名叫脈寬調(diào)制，簡(jiǎn)稱 復(fù)接通、反復(fù)斷開進(jìn)行調(diào)速。電機(jī)和120176。和 120176。5．防飛車功能當(dāng)手把損壞時(shí)，手把電壓輸出一直保持在 以上，接通電源，電機(jī)就會(huì)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，向前飛出去，導(dǎo)致人身事故，同時(shí)也是防止某種誤操作。4. 欠壓保護(hù)功能當(dāng)電池毫壓低于 24V（左右偏差 )，并保持 1 秒后，欠壓功能開啟，自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)，等到轉(zhuǎn)把歸零后，再次檢測(cè)電池電壓，只有電池電壓回升到 24V 以上才能再次驅(qū)動(dòng)電機(jī)。它利用電機(jī)回饋制動(dòng)的原理，使電機(jī)停下來(lái)，而非是利用剎車片的摩擦作用，因此有利于保護(hù)剎車片，在高速時(shí)和下坡時(shí)可以向電池充電，增加電池的續(xù)航里程。以下情況會(huì)造成調(diào)速功能失效：(1) 進(jìn)入巡航；(2) 有剎車信號(hào)；(3) 故障時(shí)，故障指示燈閃爍；(4) 蓄電池欠壓時(shí)。1．調(diào)速功能當(dāng)限速線未接時(shí)，PWM 的輸出范圍 3％到 95％。和 120176。速度不夠則開長(zhǎng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由脈沖寬度調(diào)制（PWM）來(lái)完成[5]。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂) 尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂) 就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。圖 2－4 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理圖當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到 hallsensor 感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。圖 23 直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器 直流無(wú)刷電機(jī)的控制原理直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hallsensor)，做速度之閉回路控制，同時(shí)也做相序控制的依據(jù)。直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hallsensor)，做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。換流器(inverter)一般由 6 個(gè)功率晶體管(Q1～Q6)分為上臂(3 、Q5)/下臂(4 、Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)。 電源部可以直接以直流電輸入(一般為 24V)或以交流電輸入 (110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流。如果是有位置傳感器直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，則可以通過(guò)傳感器來(lái)直接獲得轉(zhuǎn)子的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置的信息，如果是無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，則需要通過(guò)其他方法，例如利用直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組的反電勢(shì)，直接或間接的獲得轉(zhuǎn)子位置信息。由上述的分析可見，要使直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)正確的換相運(yùn)行，必須知道圖 22所示的六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置，六個(gè)轉(zhuǎn)子關(guān)鍵位置即對(duì)應(yīng)著直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)后的 30176。120176。角度順序使 V5 和 V6，V1 和 V6，V1 和 V2，V3 和 V2 兩兩導(dǎo)通。首先假設(shè)轉(zhuǎn)子處于圖 22（a）的位置，若此時(shí)使 V3，V4 導(dǎo)通，則電流從 B 端流入，A 端流出，定子磁動(dòng)勢(shì)為 。電子換向逆變器主電路如圖 22 所示，AA′，BB′，CC′代表直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組，采用 Y 型連結(jié)，逆變器為兩兩通電方式， 120176。的方波，因而三相合成磁動(dòng)勢(shì)不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是跳躍式的步進(jìn)磁動(dòng)勢(shì)，它和恒速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，除了平均轉(zhuǎn)矩之外，還有脈動(dòng)分量。圖 21（ b）把開關(guān)改為可控的三極管，實(shí)現(xiàn)電子控制，使電機(jī)控制變得更加簡(jiǎn)單。 無(wú)刷直流電機(jī)（BLDCM）的基本結(jié)構(gòu)與工作原理 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理三相橋式開關(guān)電源： 圖（a）三相橋開關(guān)圖 （b）原理圖圖 21 三相開關(guān)原理圖三相開關(guān)原理如圖 21（a）把上圖中的開關(guān) KKKK4 、K5 、K6 按K1K2—K2K3—K3K4—K4K5—K5K6—K6K1 的順序打開、關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)電流通、斷循環(huán)，其原理是把直流電壓經(jīng)過(guò)開關(guān)電路的通、斷轉(zhuǎn)換成三相電流輸出，為無(wú)刷電機(jī)提供交流電壓 [11]。其中，模糊控制是把一些具有模糊性的成熟經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則有機(jī)的融入到傳動(dòng)控制策略中，現(xiàn)已成功地應(yīng)用到許多方面。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，智能控制理論得到長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用。減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是提高無(wú)刷直流電機(jī)性能的重要方面。(1) 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制。 續(xù)流二極管電流通路檢測(cè)法。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)子磁極的位置信息，目前比較成熟的無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器運(yùn)行控制方法有： 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。轉(zhuǎn)子位置傳感器是整個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最為脆弱的部件，不僅增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，而且降低了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，同時(shí)還需要占據(jù)一定的空間位置。為了解決這個(gè)問(wèn)題，一方面，電動(dòng)自行車在上坡時(shí)對(duì)其施加外力(如用腳踩電動(dòng)自行車的腳蹬)來(lái)增大轉(zhuǎn)矩，提高速度；另一方面，在選用電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，不僅要考慮到電機(jī)的功率，而且要考慮到電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，使用大功率或輸出轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)，也可以解決電動(dòng)自行車上坡時(shí)遇到的問(wèn)題 [3]。時(shí)，Vu=；因?yàn)槌鞘械缆返钠露纫话悴怀^(guò) 4176。F uF nG坡度夾角 aFG = ( M 1 ＋ M 2 ) g F u = G * s i n αF u = ( M 1 ＋ M 2 ) g s i n α + F圖 2－９ 受力分析如圖 29 當(dāng)電動(dòng)自行車在上坡路(坡面角為 a 時(shí))面上行駛時(shí)，電動(dòng)自行車的推動(dòng)力=水平路面上行駛時(shí)的推動(dòng)力+ 載重和車重沿坡面的分量，即：Fu=(M1＋M