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1、 2012級?？飘厴I(yè)設(shè)計論文 第 14 頁 共 14 頁1 引言直流無刷電機控制器是直流無刷電機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，它主要完成以下功能：對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅(qū)動電路提供各種控制信號；產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，實現(xiàn)電機的調(diào)速；對電機進行速度環(huán)和電流環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動態(tài)和靜態(tài)性能；并實現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護功能。目前以數(shù)字信號處理器（以下簡稱DSP）為核心的直流無刷電機控制系統(tǒng)發(fā)展很快。DSP比較適合實現(xiàn)高級復(fù)雜的電機控制，如電動機的矢量控制、電動機及系統(tǒng)的非線性控制、系統(tǒng)的最優(yōu)控制適應(yīng)性控制等，用它來實現(xiàn)不太復(fù)雜的控制就顯得有點大材小用了。而專用直流無

2、刷電機控制芯片只是將其控制邏輯集成在芯片內(nèi)，不具有靈活的編程功能，不能實現(xiàn)稍微復(fù)雜的控制。若用單片機編程實現(xiàn)專用控制芯片的功能，基于單片機本身硬件的局限，編程復(fù)雜且可靠性不高。本文設(shè)計的直流無刷電機控制系統(tǒng)采用單片機與直流無刷電機專用集成芯片相結(jié)合的方法，既具有單片機編程靈活的特點，又有專用芯片抗干擾能力強，性能可靠的優(yōu)點，同時易于產(chǎn)品的升級。因而，本文所設(shè)計的直流無刷電機控制系統(tǒng)具有一定的實際意義。1.1本文的主要內(nèi)容本課題是自選研究課題，旨在研制一套基于無刷電動機集成控制器的直流無刷電機調(diào)速系統(tǒng)，主要內(nèi)容如下：（1）研究直流無刷電動機的組成結(jié)構(gòu)和運行原理，針對控制對象選擇合適的控制方案。（

3、2）設(shè)計直流無刷電機控制器的硬件電路，包括電源電路、功率電路、電流檢測電路、電壓檢測電路、位置檢測電路、電流斬波電路、驅(qū)動電路、控制器電路等。（3）根據(jù)直流無刷電動機的控制策略，完成控制系統(tǒng)的整體設(shè)計。（4）通過實驗，驗證硬件電路的可行性，根據(jù)控制要求修改電路設(shè)計，提高控制性能。2 直流無刷電動機結(jié)構(gòu)分析及基本工作原理直流無刷永磁電動機主要由電動機本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成，直流無刷電機組成結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖 2. 1 直流無刷電機的原理框圖2.1直流無刷電動機本體電動機本體在結(jié)構(gòu)上和永磁同步機相似，但是沒有鼠籠型繞組和其它的起動裝置。其定子是直流無刷電機的靜止部分，它由導(dǎo)磁

4、的定子鐵芯、導(dǎo)電的電樞繞組及固定鐵芯和繞組用的一些零部件、絕緣材料、引出部分等組成，如機殼、絕緣片、槽鍥、引出線及環(huán)氧樹脂等，一般制成多相（如三相、四相、五相不等）。轉(zhuǎn)子是電機本體的旋轉(zhuǎn)部分，是產(chǎn)生激磁磁場的部件。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按照一定的極對數(shù)（2p=2，4，.）組成。直流無刷電機轉(zhuǎn)子的永久磁鋼與有刷直流電機的永久磁鋼作用相似，都是在電動機的氣隙中建立足夠的磁場，不同之處在于它們的安裝位置不一樣，直流無刷電機的永久磁鋼裝在轉(zhuǎn)子上，而直流有刷電機的永久磁鋼裝在定子上。2.2 位置傳感器1、位置傳感器的結(jié)構(gòu)位置傳感器也由靜止部分和運動部分組成，即位置傳感器定子和位置傳感器轉(zhuǎn)子。不同類型的位置傳感器

5、，它的定子部分和轉(zhuǎn)子部分的構(gòu)成是不同的。例如，電磁式位置傳感器的轉(zhuǎn)子部分由圓柱體狀的非導(dǎo)磁材料構(gòu)成，表面鑲有 120扇形的導(dǎo)磁材料；定子部分由硅鋼片沖疊而成或是由高頻鐵氧體材料壓鑄而成，一般有六個極，極間間隔角度為 60，選其中間隔 120的三個極繞組作為一次繞組，相互串聯(lián)后通高頻電流，另外的三個極則作為二次繞組。光電式的轉(zhuǎn)子部分是由一塊遮光板構(gòu)成，遮光板上開有約 120電角度的縫隙，并且縫隙的數(shù)目等于直流無刷電機轉(zhuǎn)子磁極的極對數(shù)。定子部分是由三個發(fā)光二極管和光敏晶體管組成。2、位置傳感器的分類按位置傳感器按動作原理，可分為敏感式、耦合式、諧振式和接近式等。敏感式位置傳感器是利用敏感元件來感應(yīng)

6、轉(zhuǎn)子的位置，并輸出控制信號控制各相繞組的導(dǎo)通順序。常用光敏元件作為敏感元件如光電二極管、光電三極管和磁敏三極管等。耦合式位置傳感器是指變壓器耦合（即磁電式）和高頻空芯線圈耦合等。諧振式位置傳感器是指當(dāng)達到諧振條件時，輸出最大控制信號控制電樞繞組的導(dǎo)通。接近式位置傳感器是利用接近某物而動作的原理制成的一種位置傳感器。2.3電子換相開關(guān)直流無刷電動機的電子換相開關(guān)用來控制電動機定子上各相繞組通電的順序和時間，主要由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩部分組成。功率邏輯開關(guān)是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定的邏輯關(guān)系分配給直流無刷電動機定子上的各相繞組，以便使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩

7、。而各相繞組通電順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。但位置傳感器所產(chǎn)生的信號一般不能直接用來控制邏輯開關(guān)單元，需要進行邏輯處理（譯碼器）。處理好的控制信號通過驅(qū)動電路來驅(qū)動電子換相開關(guān)工作，一般而言，電子換相開關(guān)是由IPM模塊或者IGBT、MOSFET等構(gòu)成的。2.4直流無刷電動機的運行原理眾所周知，一般的永磁式直流電動機的定子由永久磁鋼組成，其主要的作用是在電動機氣隙中產(chǎn)生磁場。其電樞繞組通電后產(chǎn)生反映磁場。由于電刷的幻想作用，使得這兩個磁場的方向在直流電動機運行的過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動電動機不停地運轉(zhuǎn)。直流無刷電動機為了實現(xiàn)電刷換向，首先要求把一般直流電動機的

8、電樞繞組放在定子上，把永磁磁鋼放在轉(zhuǎn)子上，這與傳統(tǒng)直流永磁電動機的結(jié)構(gòu)剛好相反。但僅這樣做還是不行的，因為用一般直流電源能給定子上各繞組供電，只能產(chǎn)生固定磁場，它不能與運動中轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁磁場相互作用，以產(chǎn)生單一方向的轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。所以，直流無刷電動機除了由定子和轉(zhuǎn)子組成電動機的本體以外，還要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同構(gòu)成換向裝置，使得直流無刷電動機在運行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)動中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁磁場，在空間始終保持在左右的電角度。為了更清晰地闡述這種直流無刷電動機的工作原理和特點，下面就以三相星形繞組半控橋電路為例，來加以簡要說明。圖2.4為三相直流無刷

9、電動機半控橋電路原理圖。此處采用光電器件作為位置傳感器，以三只功率晶體管V1、V2和V3構(gòu)成功率邏輯單元。 在圖2.4中，三只光電器件VP1、VP2和VP3的安裝位置各相差120度，均勻分布在電動機一端。借助安裝在電動機軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板的作用，使從光源射來的光線一次照射在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。 a b c d圖 2. 4 三相直流無刷電動機圖 2. 5 開關(guān)順序及定子磁場旋轉(zhuǎn)示意圖圖2.4所示的轉(zhuǎn)子位置和圖2.5a）所示的位置相對應(yīng)。由于此時光電器件VP1被光照射，從而使功率晶體V1呈導(dǎo)通狀態(tài)，電流流入繞組A-A，該繞組電流同轉(zhuǎn)子磁極作用后所產(chǎn)

10、生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子的磁極按圖2-5中箭頭方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)到圖2.5 b）所示的位置時，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板亦跟著同步轉(zhuǎn)動，并遮住VP1而使VP2受光照射，從而使晶體管V1截至，晶體管V2導(dǎo)通，電流從繞組A-A斷開而流入繞組B-B，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝箭頭方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)到圖2.5 c）所示的位置時，此時旋轉(zhuǎn)遮光板已經(jīng)遮住VP2，使VP3被光照射，導(dǎo)致晶體管V2截至、晶體管V3導(dǎo)通，因而電流流入繞組C-C，于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝順時針方向旋轉(zhuǎn)并回到圖2.5的 a）的位置。這樣，隨著位置傳感器轉(zhuǎn)子扇形片的轉(zhuǎn)動，定子繞組在位置傳感器VP1、VP2、VP3的控制下，便一相一相地依次饋電，

11、實現(xiàn)了各相繞組電流的換相。在換相過程中，定子各相繞組在工作氣隙內(nèi)所形成的旋轉(zhuǎn)磁場是跳躍式的。這種旋轉(zhuǎn)磁場在360度電角度范圍內(nèi)有三種磁狀態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120度電角度。各相繞組電流與電動機轉(zhuǎn)子磁場的相互關(guān)系如圖2.5所示。圖2.5 a）為第一種狀態(tài)，F(xiàn)0為繞組A-A通電后所產(chǎn)生的磁動勢。顯然，繞組電流與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，使轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)過120度電角度后，便進入第二狀態(tài)，這時繞組A-A斷電，而B-B隨之通電，即定子繞組所產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)過了120度，如圖2.5 b）所示，電動機定子繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)；再轉(zhuǎn)120度電角度，便進入第三狀態(tài)，這時繞組B-B斷電，C-C通電，定子繞組所產(chǎn)生

12、的磁場又轉(zhuǎn)過了120度電角度，如圖2.5 c）所示；它繼續(xù)驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)過120度電角度后就恢復(fù)到初始狀態(tài)。圖2.6示出了各相繞組的導(dǎo)通順序的示意圖。圖 2. 6 各相繞組的導(dǎo)通示意圖2.5直流無刷電動機的運行特性要十分精確地分析直流無刷電動機的運行特性，是很困難的。一般工程應(yīng)用中均作如下假定：（1）電動機的氣隙磁感應(yīng)強度沿氣隙按正弦分布。（2）繞組通電時，該電流所產(chǎn)生的磁通對氣隙所產(chǎn)生的影響忽略不計。（3）控制電路在開關(guān)狀態(tài)下工作，功率晶體管壓降 為恒值。（4）各繞組對稱，其對應(yīng)的電路完全一致，相應(yīng)的電氣時間常數(shù)忽略不計。（5）位置傳感器等控制電路的功耗忽略不計。由于假設(shè)轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)

13、生的磁感應(yīng)強度在電動機氣隙中是按正弦規(guī)律分布的，即B=BMsin 。這樣，如果定子某一相繞組中通一持續(xù)的直流電流，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為TM=ZDLBMrIsin式中， ZD每相繞組的有效導(dǎo)體數(shù)；L繞組中導(dǎo)線的有效長度，即磁鋼長度；r電動機中氣隙半徑；I繞組相電流。就是說某一相通以不變的直流后，它和轉(zhuǎn)子磁場作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也將隨轉(zhuǎn)子位置的不同而按正弦規(guī)律變化，如圖2.7所示。圖 2. 7 在恒定電流下的單相轉(zhuǎn)矩它對外負載講，所得的電動機的平均轉(zhuǎn)矩為零。但在直流無刷電動機三相半控電路的工作情況下，每相繞組中通過1/3周期的矩形波電流。該電流和轉(zhuǎn)子磁場作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦轉(zhuǎn)矩曲線上相當(dāng)于1/3周期的

14、一段，且這一段曲線與繞組開始通電時的轉(zhuǎn)子相對位置有關(guān)。顯然在圖2.8所示的瞬間導(dǎo)通晶體管，則可產(chǎn)生最大的平均轉(zhuǎn)矩。因為在這種情況下，繞組通電120度的時間里，載流導(dǎo)體正好處在比較強的氣隙磁場中。所以它所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動脈動最小，平均值較大。習(xí)慣上把這一點選作晶體管開始導(dǎo)通的基準(zhǔn)點，定為。在=0度的情況下，電動機三相繞組輪流通電時所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩如圖2.8所示。圖 2. 8 三相直流無刷電動機半控橋轉(zhuǎn)矩如若晶體管的導(dǎo)通時間提前或滯后，則均將導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩的脈動值增加，平均值減小。當(dāng)=30度時，電動機的瞬時轉(zhuǎn)矩過零點，這就是說，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某幾個位置時，電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為零，電動機起動時會產(chǎn)生死點。當(dāng)大于等于30

15、度后，電動機轉(zhuǎn)矩的瞬時值將出現(xiàn)負值，則總輸出轉(zhuǎn)矩的平均值更小。因此，在三相半控的情況下，特別是在起動時， 不宜大于30度，而在直流無刷電動機正常運行時，總是盡力把角調(diào)整到0度，使電動機產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。當(dāng)=0度時，可以求得輸出轉(zhuǎn)矩的平均值 ： 電動機在電動轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)動后，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場就要切割定子繞組，在各相繞組上感生出電動勢，當(dāng)其轉(zhuǎn)速n不變時，該電動勢波形也是正弦波，相位同轉(zhuǎn)矩相位一致。在本電路中，每相繞組在一個周期中只通電 ，因此僅在這 期間對外加電壓起作用。所以對外加電壓而言，感生電動勢波形如圖2.9所示。圖 2. 9 三相直流無刷電動機半控電路的反電動勢同理可按下式求得感生電動勢

16、的平均值 ： (2.3) (2.4) 從上面的平均轉(zhuǎn)矩和平均反電動勢，便可求得直流無刷電動機穩(wěn)定運行時的電壓平衡方程式，為此首先定義反電動勢系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)：對于某個具體的電動機，它們?yōu)槌?shù)。當(dāng)然，其大小同主回路的接法以及功率晶體管的換相方式有關(guān)。直流無刷電動機三相半控橋的電壓平衡方程組為：其中 ，將其代入上式整理后，可得其機械特性方程為：式中 電動機轉(zhuǎn)速（r/min ）；電源電壓（V）； 功率管管壓降（V）；電動勢系數(shù)；電動機產(chǎn)生的電動轉(zhuǎn)矩平均值（N/m）；轉(zhuǎn)矩系數(shù)；電動機的內(nèi)阻（）。在三相半控電路中，其轉(zhuǎn)矩的波動在TM 到TM/2 之間，這是直流無刷電動機不利的一面。2.6小結(jié)本章主要介紹了

17、直流無刷電動機的基本結(jié)構(gòu)和有位置傳感器的直流無刷電動機控制系統(tǒng)的工作原理，闡述了直流無刷電動機的運行特性。3 直流無刷電動機控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計直流無刷電機控制系統(tǒng)主要由電源電路、給定電路、電壓和電流檢測電路、功率管驅(qū)動及保護電路、直流無刷電機位置信號檢測環(huán)節(jié)以及控制電路和其外圍電路組成。各個電路之間的連接關(guān)系以及能量和信號的傳輸方向如圖3.1 所示。圖 3. 1 系統(tǒng)框圖圖3.1 描述了硬件系統(tǒng)各部分之間的關(guān)聯(lián)，圖中箭頭表示能量、控制或檢測信號的傳送方向。當(dāng)系統(tǒng)處在運行狀態(tài)時，通過外部輸入設(shè)備（如開關(guān)、滑動變阻器等）向控制器發(fā)送運行指令（如正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速等），并且載入運行參數(shù)。根據(jù)外部檢

18、測到的電機的位置信號以及電機所處的運行狀態(tài)來改變控制器輸出的控制信號從而調(diào)整電機的運行狀態(tài)。電壓檢測環(huán)節(jié)主要是實現(xiàn)電機運行時的保護（如過壓、欠壓、以及能量回饋制動方式運行等）。電流檢測環(huán)節(jié)主要是實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制和過流保護，從外部檢測到的電流信號經(jīng)過采樣后，送到控制單元，控制單元根據(jù)檢測電流的大小來決定時序信號的輸出與否，當(dāng)出現(xiàn)過流故障時，時序電路會停止輸出控制信號，電機停轉(zhuǎn)。當(dāng)堵轉(zhuǎn)時，電流檢測電路會給檢測電容充電，當(dāng)堵轉(zhuǎn)的時間夠長時，封鎖電機轉(zhuǎn)動開關(guān)信號，起到堵轉(zhuǎn)保護的作用。位置信號的檢測在本系統(tǒng)中主要實現(xiàn)兩個功能，一是檢測轉(zhuǎn)子位置，為控制單元提供準(zhǔn)確的位置信號，實現(xiàn)開關(guān)管的正確換相；

19、此外它還起到轉(zhuǎn)速測量的作用，根據(jù)轉(zhuǎn)子每換相一次轉(zhuǎn)過固定的電角度，和電機轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)，系統(tǒng)利用F/V變換器，把轉(zhuǎn)子的位置信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，轉(zhuǎn)速越快，電壓越大。模擬量信號被加入到控制器內(nèi)部的比較器輸入端，當(dāng)電壓大時，控制器會減小輸出脈寬，通過減小輸出電流的方式來降低電動機的轉(zhuǎn)速，從而達到速度閉環(huán)的目的。下面將具體介紹系統(tǒng)硬件的各個模塊的設(shè)計方案以及所實現(xiàn)的主要功能。3.1主電路的設(shè)計主電路主要由逆變電路構(gòu)成，與電動機的聯(lián)結(jié)關(guān)系如圖3.2 所示，圖中直流無刷電機額定功率為 50W，電樞繞組 Y 連接。功率逆變電路采用三相全橋逆變電路 在直流無刷電動機的控制系統(tǒng)里，開關(guān)器件一般都選用全控型器件如 G

20、TR、GTO、功率 MOSFET、IGBT 等。它們在耐壓、容量、開關(guān)速度等方面的差異很大，需要根據(jù)實際情況進行選取。首先逆變器的開關(guān)頻率很高，功率開關(guān)元件不宜采用晶閘管，而雙極型大功率晶體管雖然在大電流導(dǎo)通時其導(dǎo)通電阻很小，但卻要求較大的驅(qū)動功率，其開關(guān)速度也要比 MOSFET、IGBT 低。MOSFET 是一種多數(shù)載流子器件，無少數(shù)載流子的存儲效應(yīng)，因此開關(guān)速度快，而且 MOSFET 是一種理想的電壓控制器件，驅(qū)動電路較為簡單，MOSFET 沒有二次擊穿現(xiàn)象，工作安全區(qū)大，因此 MOSFET 特別適于高頻變流裝置，只是在高壓大電流的情況下導(dǎo)通電阻較大，器件發(fā)熱稍大。絕緣基極雙極型大功率晶體

21、管（IGBT）則是集 MOSFET 的電壓控制與雙極型大功率晶體管的大電流、低導(dǎo)通電阻的特點于一體的新型復(fù)合場控器件，它還保持了高速、低開關(guān)損耗、對溫度不敏感等特點。相同面積芯片制作的 IGBT，其最大輸出電流可比MOSFET 的輸出電流增加兩倍以上。根據(jù)電路要求，電機電源為24V,功率為50W,屬于小功率電動機。本設(shè)計選用型號為RF540的MOSFET，耐壓 200V，在保證參數(shù)余量的前提下降低了使用成本。圖 3. 2 主功率電路3.2 小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計思路，從局部到整體介紹了設(shè)計過程，首先講解了主功率電路的設(shè)計內(nèi)容，針對以往電路設(shè)計中存在的問題，加入了諸多改正措施，提高了系統(tǒng)的

22、穩(wěn)定性和可靠性。4 系統(tǒng)調(diào)試和實驗結(jié)果課題對直流無刷電機控制系統(tǒng)進行實驗研究得到了一系列實驗波形，本章將對這些波形進行分析?？刂齐娐吠ㄟ^MC33035使用手冊中的經(jīng)典應(yīng)用電路改裝調(diào)試，通過理論計算和經(jīng)驗常識，搭建了控制電路。為了調(diào)試方便，主電路在直流母線側(cè)采用直流可調(diào)電源輸入。實驗結(jié)果由示波器觀察所得。根據(jù)前面章節(jié)所給出的系統(tǒng)構(gòu)成和對硬件的要求，系統(tǒng)選擇器件構(gòu)成了一套直流無刷電機調(diào)速系統(tǒng)實驗樣機，主要的器件如下：1、實驗用的直流無刷電動機：額定功率：50W；額定電壓：24V；額定轉(zhuǎn)速：500r/min；相數(shù)/極數(shù)：3 相 8 極。2、 整流模塊：D3SBA60；3、 逆變模塊:由6塊IRF54

23、0構(gòu)成的H橋；4、 驅(qū)動模塊：IR2110；根據(jù)前幾章設(shè)計的硬件電路搭建的直流無刷電動機控制器，獲得了符合要求的控制效果，并采集到部分相關(guān)的波形和實驗數(shù)據(jù)。論文所有實驗波形均采用美國泰克公司生產(chǎn)的 TDS3014B 數(shù)字式示波器采集。 在實驗過程中同步發(fā)電機為直流無刷電機的實驗負載。圖3-17為控制電路及其連接的主功率電路，圖3-18為主電路中的逆變器和 MOSFET 的驅(qū)動電路。4.1 實驗結(jié)果及波形分析圖 4-1 是通過示波器得到的直流無刷電機的轉(zhuǎn)子位置信號，從圖中可以看出，三路信號之間相位相差 120，一個周期內(nèi)高電平和低電平持續(xù)時間各為 180，這與預(yù)期分析的霍爾位置傳感器的開關(guān)特性是

24、一致的?；魻栁恢脗鞲衅鞯玫降牟ㄐ畏€(wěn)定，沒有脈沖尖峰干擾，而且位置信號與分析的結(jié)果一致，每隔 60電角度產(chǎn)生一個跳變。將其位置信號接到MC33035的傳感器輸入端就可以獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)子位置。圖 4. 1 轉(zhuǎn)子位置信號4.2 MOSFET驅(qū)動信號驅(qū)動電路的控制信號波形如下：在驅(qū)動電路中采用專用高端驅(qū)動器IR2110驅(qū)動H橋電路，電壓為 15V，完全滿足MOSFET驅(qū)動信號的要求。實驗中控制信號與預(yù)期實驗方案中信號相同。上橋臂信號與下橋臂信號如圖4-2、4-3所示。圖 4. 2 上橋臂三路驅(qū)動波形圖 4. 3 下橋臂三路驅(qū)動波形4.3 小結(jié)本章首先對直流無刷電動機控制系統(tǒng)進行了分析和實驗，證明系統(tǒng)設(shè)計的

25、正確性。然后測量出霍爾信號的波形，針對傳統(tǒng)的上橋臂MOSFET驅(qū)動波形不夠陡的問題，測量了改進后的高端MOSFET驅(qū)動波形，經(jīng)過分析表明，改進后的MOSFET驅(qū)動波形上升沿和下降沿明顯變陡，消除了抖振現(xiàn)象，速度和跟蹤效果較快。系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度及動態(tài)響應(yīng)性能。本章沒有考慮電機參數(shù)和負載的變化，在以后的研究中，將彌補這一不足。結(jié)論基于直流電動機專用控制器MC33035的控制器已設(shè)計完畢。其主要工作有以下幾個方面：1、研究安森美公司的直流電動機專用控制芯片MC33035。對它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型應(yīng)用電路作了深入了解。并結(jié)合本課題重點熟悉了MC33035在無刷電動機控制領(lǐng)域的應(yīng)用，制作和調(diào)試了MC3

26、3035直流無刷電動機控制器。本文對設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題、注意事項也作了介紹。2、研究學(xué)習(xí)了直流無刷電機的結(jié)構(gòu)和運行工作原理，建立了直流無刷電動機的數(shù)學(xué)模型，從數(shù)學(xué)建模的角度對三相直流無刷電動機的反電勢、電流、轉(zhuǎn)速、以及轉(zhuǎn)矩的對應(yīng)關(guān)系進行了討論。并詳細分析了直流無刷電動機的運行特性，推導(dǎo)出了其傳遞函數(shù)。3、設(shè)計了有位置傳感器的直流無刷電動機的控制系統(tǒng)方案，方案中控制器的硬件電路模塊包括：速度閉環(huán)模塊、誤差放大模塊、震蕩模塊；外部信號檢測模塊，主要有：電流檢測模塊、電壓檢測模塊、位置信號檢測電路；系統(tǒng)的電源模塊和MOSFET驅(qū)動電路。對這些外圍電路和控制單元構(gòu)成的整個系統(tǒng)進行了調(diào)試，并且取得了比較理想的實驗結(jié)果。直流無刷電機控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計中的許多工作還有待于進一步完善。隨著相關(guān)控制方法的不斷改進，直流無刷電機控制性能的提高有待于隨著研究的深入逐步完善。對本系統(tǒng)而言，還有以下工作需進一步深入：（1）在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，為了節(jié)約時間，系統(tǒng)采用的是速度閉環(huán)結(jié)合電流截止負反饋。沒有完全實現(xiàn)真正意義上的雙閉環(huán)，所以控制器還需進一步的完善。（2）在實驗中由于缺乏比較好的負載以及受實驗條件限制，對直流無刷