【正文】 少了，這也從另 一個(gè)角度降低了成本。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 5 頁(yè) 共 47 頁(yè) ? 隨著電子產(chǎn)品日漸趨向高度集成化微型化，對(duì)于控制器的要求也就越來(lái)越嚴(yán)格，即單片機(jī)與 DSP相繼問(wèn)世以來(lái)電機(jī)的控制也就更多樣化。 ? 雖然無(wú)刷直流電機(jī)有這樣或是那樣的優(yōu)點(diǎn)，但是科技在發(fā)展，時(shí)代在進(jìn)步，雖然克服了機(jī)械換向所帶來(lái)的一系列的問(wèn)題， 并不能說(shuō)明他就是一直適用的。相信未來(lái)電機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)更加簡(jiǎn)單，檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的技術(shù)會(huì)越來(lái)多，方便實(shí)用。 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 第 2 章 無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理 相比有刷直流電機(jī) 無(wú)刷直流電機(jī) 的主要 特點(diǎn) 1. 因?yàn)槭请娮泳€路實(shí)現(xiàn)換向， 所以就沒(méi)有了機(jī)械換向時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械磨損和火花的問(wèn)題，由此工作壽命就得以延長(zhǎng)。 3. 轉(zhuǎn)子損耗幾乎沒(méi)有，沒(méi)有了機(jī)械換向的摩擦就一定程度上削弱了震動(dòng)，噪聲問(wèn)題也就隨之解決。 無(wú)刷 直流電機(jī)的構(gòu)成 和有刷直流電機(jī)一樣無(wú)刷直流電機(jī)同樣有轉(zhuǎn)子和定子，不同的是 有刷直流電機(jī)是將主磁極和電 圖 21 無(wú)刷直流電機(jī)主體 圖 刷安裝在定子上，將電樞繞組安裝在轉(zhuǎn)子上。 內(nèi)部裝有感受位置變化的霍爾無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 電 機(jī) 主 體 位 置 傳 感 器 電 子 換 向 線 路 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 7 頁(yè) 共 47 頁(yè) 元件，通過(guò)霍爾元件檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置變化，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后將信號(hào)給到電子換向線路，然后順序改變功率管的導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。定子部分就是指電機(jī)不運(yùn)動(dòng)的部分，基座、定子繞組，轉(zhuǎn)子部分就是電機(jī)啟動(dòng)后在運(yùn)轉(zhuǎn)的那一部分，帶有永磁體的鐵心部分。定子是由霍爾元件按照一定的間隔平均的安裝在位置傳感器定子上，轉(zhuǎn)子和電機(jī)主轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)來(lái)檢測(cè)主轉(zhuǎn)子位置。 3. 電子換相 當(dāng)定子繞組通電時(shí)，電流就 會(huì)流經(jīng)繞組，周圍就會(huì)產(chǎn)生 磁場(chǎng)。 由位置傳感器感受轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)換的電信號(hào)控制功率開(kāi)關(guān)相應(yīng)的流通，就會(huì) 是繞組變換導(dǎo)通相，形成變化的磁場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)了電子換向線路代替機(jī)械換向。 由于有換向器的存在通過(guò)線圈的電流始終不會(huì)改變方向，這樣在線圈上就會(huì)有連續(xù)的力矩，這樣就是轉(zhuǎn)子線圈連續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)了。當(dāng)定子上的線圈通有直流電后會(huì)產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)， 這個(gè)磁場(chǎng)不能與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)始終形成一個(gè)電角度來(lái)產(chǎn)生力矩推動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，這就要求定子上通電后要產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，可以和轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)在 360176。 通過(guò)位置傳感器感受轉(zhuǎn)子位置產(chǎn)生不同的邏輯信號(hào)，改變邏輯開(kāi)關(guān)組成的電路中功率管的 導(dǎo)通以此改變定子繞組通電相來(lái)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)的變化，致使轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)和繞組換相導(dǎo)通的磁場(chǎng)始終保持一個(gè) 90176。 三相無(wú)刷 直流電機(jī)逆變 電路及 其 工作方式 基于 以上闡述的原理，接下來(lái)我們就來(lái)討論功率管的導(dǎo)通所帶來(lái)的繞組換向問(wèn)題及由功率管所構(gòu)成的逆變電路。 圖 26 無(wú)刷直流電機(jī)逆變電路 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 如圖 26 所示，圖為現(xiàn)代無(wú)刷直流電機(jī)最常 用的三相全橋逆變電路。 電機(jī)采用三相 Y型連接方式。 導(dǎo)通方式和 180176。下面就兩種主要導(dǎo)通方式進(jìn)行論述和分析。 導(dǎo)通方式 所謂 120176。而且正相導(dǎo)通的一相與反相導(dǎo)通的一相其相間相位差也是 120176。首先以 A 相為基準(zhǔn)， AB 兩相導(dǎo)通時(shí)，電流從 T1 管流過(guò)經(jīng) A 相 B 相繞組再?gòu)?T6 管流回，電流從 A 相正向流過(guò)從 B 相反向流過(guò)。接下來(lái)以 B 相為基準(zhǔn)，電流從 T3 管流過(guò)經(jīng) B相 C相繞組再?gòu)?T2管流回，電流從 B 相正向流過(guò)從 C相反向流回，從 BC 相換到 BA相，電流還是從 T3 管流過(guò)經(jīng) B相 A相再?gòu)?T4管流回，電流從 B相正向流過(guò)從 A反向流回。從 CA 相換到 CB 相，電流從 T5 管經(jīng) C相B相再?gòu)?T6 管流回，電流從 C相正向流過(guò) 從 B相反向流過(guò)。三相繞組的變換順序不會(huì)改變從ABACBCBACACB。三相全橋逆變電路有 6個(gè)狀態(tài)， 6 個(gè)狀態(tài)角，每個(gè)狀態(tài)角都是 60176。導(dǎo)通方式 180176。電流正向流過(guò) A相， 首先電流從 CA 兩相正向流過(guò)，最后反向流過(guò) B相。 然后 電 流從 AB兩相正向流過(guò)，最后反向流過(guò) C相。 電流從 BC兩相正向流過(guò)，最后從 A相反向流過(guò)。 其狀態(tài)表示為 CA/BA/BCAB/CB/CABC/AC/AB。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 11 頁(yè) 共 47 頁(yè) 此外，根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種：直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆變電路，直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路。 (2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)電壓波形為矩形波，并且與阻抗角無(wú)關(guān)，而交流側(cè)電流波形和相位因負(fù)載阻抗角而異。 脈寬調(diào)制（ PWM）技術(shù) 脈寬調(diào)制（ PWM）是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié) 省能量。 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過(guò)控制固定電壓的直流電源開(kāi)關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來(lái)接通和斷開(kāi)電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短。也正因?yàn)槿绱耍?PWM 又被稱為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。 圖 27 PWM占空比原理 圖 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 占空比是指，信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)持續(xù)的高電平時(shí)間占整個(gè)周期的時(shí)間比。嚴(yán)格意義上說(shuō)來(lái)，電機(jī)平均轉(zhuǎn)速 Va 與占空比并不成線性關(guān)系，但是這里我們可以將它們近似的看成線性關(guān)系。由控制芯片提供六路 PWM 波，通過(guò)位置傳感器感受轉(zhuǎn)子的位置變化并將其轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)反饋到控制芯片中，控制芯片對(duì)此作出判斷，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110 以此控制相對(duì)應(yīng)的功率管按照既定的方式導(dǎo)通，使得定子繞組產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。 負(fù)載突 增時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，圖 35 中的相電流周期增大，電流增大引起轉(zhuǎn)矩增大，以平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。負(fù)載突降時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)上升，電壓和電流波形的周期會(huì)變短，電流和轉(zhuǎn)矩的幅值以及波動(dòng)程度都會(huì)變小。仿真結(jié)果表明無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大， 動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程較快?！?AT”表示由Atmel 公司生產(chǎn)，“ C”表示 CMOS 工藝，“ LV”表示低電壓，“ S”表示這種器件含可以下載的 Flash 存儲(chǔ)器。 AT89C51 引腳圖如圖 41 所示。 ? P1（ ~） 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口，驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 ? P3（ ~）口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端，可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè) LSTTL負(fù)載。 單片機(jī)與鍵盤接口 圖 42 系統(tǒng)鍵盤接口 本系統(tǒng)使用最簡(jiǎn)單的 2*3 矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的操作，鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 43所示： 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 圖 4 3 鍵盤結(jié)構(gòu) 各鍵對(duì)應(yīng)的功能和鍵值如表 1： 表 1 各鍵對(duì)應(yīng)功能和鍵值： 鍵位 功能 鍵值 S1 啟動(dòng) /制動(dòng) 0XA0 S2 ▲ 0X90 S3 正反轉(zhuǎn) 0X88 S4 ? 0X60 S5 ▼ 0X50 S6 ? 0X48 各鍵詳細(xì)功能如下： S1：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)。 S4 和 S6：系統(tǒng)運(yùn)行期間，若按下 S4或 S6，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)速狀態(tài)，此時(shí) 4位數(shù)碼管從左邊第一位開(kāi)始閃爍，代表當(dāng)前位，若 5S內(nèi)鍵盤沒(méi)輸入，則自動(dòng)確認(rèn) 當(dāng)前輸入值，通過(guò)調(diào)速達(dá)到設(shè)定值。 S3：正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)機(jī)的反轉(zhuǎn)。由于無(wú)刷直流電機(jī)是三相繞組 Y型接法， 逆變電路采用的是六個(gè) MOSFET 功率管驅(qū)動(dòng)，因此需要單片機(jī)產(chǎn)生六路 PWM 波，因此需要三片 IR2110 芯片。 圖 46 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 IR2110 是采用 HVIC 和閂鎖抗干擾 CMOS 工藝制造的， 內(nèi)部由輯輸入、電平平移和輸出保護(hù)三個(gè)部分構(gòu)成， VCC1 是邏輯電源， VCC2 是驅(qū)動(dòng)電源。 軟件部分 本系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)標(biāo)志位 tag（啟動(dòng)標(biāo)志位， 0代表運(yùn)行， 1代表停止）和 tag1（閃爍標(biāo)志位， 0代表有閃爍， 0代表無(wú)閃爍），另外 設(shè)置兩個(gè)數(shù)組 :數(shù)碼管段選數(shù)組 d_p 和位選數(shù)組 p1。主程序 鍵盤掃描程序 啟動(dòng)程序 左移程序 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 21 頁(yè) 共 47 頁(yè) 正反轉(zhuǎn)程序 PWM輸出程序 主程序流程圖 如下： 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 圖 413 主程序流程圖 鍵 盤 掃 描 啟 動(dòng) 檢測(cè)霍爾傳感器 PWM 計(jì)算 制 動(dòng)？ 啟動(dòng)鍵按？下？ 開(kāi) 始 結(jié) 束 停 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 電 路 轉(zhuǎn)速測(cè)定 轉(zhuǎn)速測(cè)定 數(shù)碼管顯示 鍵盤掃描 是 否 是 否 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 23 頁(yè) 共 47 頁(yè) 鍵盤、顯示流程圖 ： 圖 414 鍵盤程序流程圖 開(kāi) 始 置高 延遲并讀 P2口 置高 延遲并讀 P2口 是否有鍵按下？ 是否有鍵按下 ? 是否有鍵按下？ 是 是 是 否 否 否 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 圖 415 顯示程序流程圖 置高 P0查表輸出 置高 置低 P0查表輸出 置高 置低 P0查表輸出 置高 置低 P0查表輸出 當(dāng)前位亮 延遲 當(dāng)前位滅 延遲 Tag1=0? 開(kāi) 始 2s 內(nèi)沒(méi)動(dòng)作？ 否 是 是 否 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 25 頁(yè) 共 47 頁(yè) 第 5 章 結(jié) 論 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)做了全面的了解。其控制系統(tǒng)由控制芯片、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、逆變電路以及晶閘管整流電路組成。對(duì)于電機(jī)逆變電路的工作方式及功率管的具體導(dǎo)通 情況進(jìn)行了深入的了解與學(xué)習(xí)，對(duì)于三相繞組的無(wú)刷直流電機(jī)，工作方式有兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通方式。角度內(nèi) ABC 三繞組有兩相是在一直處于導(dǎo)通的狀態(tài)，導(dǎo)通相順序?yàn)锳BACBCBACACB。 基于單片機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 26 致 謝 時(shí)光飛逝 ，流水無(wú)聲。正因?yàn)橛心銈円宦放惆橹遥抛屛业娜松啡绱似教?。畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到很多難題，王老師在寫論文的各方面都給了我細(xì)心地指導(dǎo)。衷心的感謝王君瑞老師對(duì)我的幫助。因?yàn)槟銈兊恼佌伣陶d、正確的教導(dǎo)，我才能茁壯成長(zhǎng)。 是你們教會(huì)了我做人要學(xué)會(huì)分享，是你們教會(huì)了我要懂得站在他人的立場(chǎng)上考慮問(wèn)題，別人取得好成績(jī)時(shí)要真心的祝賀他們，正是因?yàn)槟銈儯屛页砷L(zhǎng)，使我變得成熟。 /*定義轉(zhuǎn)速變量 */ extern uchar tag=0x00,tag1=0x00。 /*轉(zhuǎn)速設(shè)定 */ ulong count。 /*占空比高低 */ sbit P14=P1^4。 sbit P16=P1^6。 uchar code p1[]={0x00,0x90,0x91,0x92,0x93,0x00}。 /*定義指針指向數(shù)組 p1*/ void d_ms(uchar m) /*延時(shí)程序 */ { uchar i,j。im。j100。 } } void start() /*開(kāi)始程序 */ { 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 29 頁(yè) 共 47 頁(yè) if(tag==0) /*系統(tǒng)未啟動(dòng) */ { P0=0xFF。 /*數(shù)碼管全部選通 */ P0=0x00。 tag=1。 /*再次按下，標(biāo)志位置 0*/ } void up() /*向上箭頭函數(shù) */ { if(tag1==0) /*閃爍標(biāo)志位為 0*/ { If(zssd=4000) /*最大轉(zhuǎn)速為 4000 轉(zhuǎn) */ { zssd+=100。break。break。break。break。 /* 口取反，默認(rèn)高電平 */ P14=0。 /* 口取反，默認(rèn)高電平 */ } void left()