霍爾傳感器簡(jiǎn)介.doc

1、 霍爾傳感器在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中的運(yùn)用摘 要無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?，F(xiàn)階段，雖然各種交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正受到普遍的關(guān)注。自20世紀(jì)90年代以來，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動(dòng)化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都越來越趨向于高效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機(jī)必須具有精度高、速度快、效率高等特點(diǎn)，無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長(zhǎng)。本設(shè)計(jì)是把霍爾傳感器應(yīng)用在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，以pic16f72單片機(jī)為控制電路，單片機(jī)采集比較電平及電機(jī)霍爾反饋信號(hào)，通過軟件編程控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。關(guān)鍵詞：

2、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),霍爾傳感器,單片機(jī)33abstractbrushless dc motor is in brushless dcmotor have developed on the basis of. at present, although all sorts of ac motor and dc transmission application in motivation dominant, but brushless dc motor are suffer the widespread concern.since the 1990 s, with the improvement of

3、peoples living standard and modern production, office automation development, household appliances, industrial robot equipment are more and more incline to at the high efficiency, miniaturization, and high intelligent, as an important part of the executive components, motor must have high accuracy,

4、speed, efficiency higher characteristic, brushless dc motor of the application and thus rapid growth.this design is hall sensors used in brushless dc motor, in order to pic16f72 microcontroller as control circuit, microcontroller acquisition is level and motor hall feedback signal, through software

5、programming control brushless dc motor.keywords: brushless dc motor, hall sensors, microcontroller 目錄摘 要iabstractii目錄i第1章 霍爾傳感器簡(jiǎn)介11.1 霍爾效應(yīng)11.2 霍爾傳感器的分類21.3 霍爾位置傳感器31.3.1 霍爾位置傳感器的結(jié)構(gòu)31.3.2 霍爾位置傳感器的基本功能31. 3. 3 霍爾位置傳感器的構(gòu)成原則3第2章 無(wú)刷直流電機(jī)的概況62.1無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較62.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理72.3 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性1

6、12.3.1 調(diào)節(jié)特性112.3.2 工作特性112.4 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與研究動(dòng)向12第3章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案133.1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成133.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案153.2.1 設(shè)計(jì)方案比較153.2.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖16第4章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)硬件設(shè)計(jì)184.1 逆變主電路設(shè)計(jì)184.2 逆變開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)184.3 單片機(jī)的選擇194.3.1 pic單片機(jī)特點(diǎn)194.3.2 pic16f72單片機(jī)管腳排列及功能定義214.3.3 時(shí)鐘電路214.3.4 復(fù)位電路22第5章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)軟件設(shè)計(jì)235.1 直流無(wú)刷電機(jī)控制器程

7、序的設(shè)計(jì)概況235.2 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)235.3 軟件流程圖24結(jié)束語(yǔ)26致 謝27參考文獻(xiàn)28附錄129第1章 霍爾傳感器簡(jiǎn)介1.1 霍爾效應(yīng)1879 年美國(guó)霍普金斯大學(xué)的霍爾(e. h. hall) 發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁場(chǎng)中的導(dǎo)體有電流通過時(shí)，其橫向既受力的作用又產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng). 在半導(dǎo)體中也存在霍爾效應(yīng)，且電動(dòng)勢(shì)更明顯。根據(jù)霍爾效應(yīng)的原理，可制成如圖1 所示結(jié)構(gòu)的四端子半導(dǎo)體元件霍爾元件。圖1-1 霍爾效應(yīng)原理在半導(dǎo)體薄片上產(chǎn)生的霍爾電動(dòng)勢(shì)eh可用下式表示: （1-1）式中，rh為霍爾系數(shù)(m3 /c); ih為控制電流(a);b 為磁感應(yīng)強(qiáng)度(t);d為薄片的厚度

8、(m); 為材料電阻率(m); 為材料遷移率m2 /(vs).由于上述霍爾元件所產(chǎn)生的霍爾電動(dòng)勢(shì)很低，在應(yīng)用時(shí)須外接放大器. 現(xiàn)已將霍爾元件與半集成放大電路一起制作在同一塊n 型硅外延片上而構(gòu)成了霍爾集成電路. 圖2 為其外形和內(nèi)部電路圖.(a) 外形 ,(b) 內(nèi)部電路圖1-2 霍爾集成電路1.2 霍爾傳感器的分類霍爾傳感器按功能和應(yīng)用可分為線性型、開關(guān)型和鎖定型三種。1 線性型. 線性型傳感器由電壓調(diào)整器、霍爾元件、差分放大器、輸出級(jí)等部分組成。 輸入為線性變化的磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到與磁感應(yīng)強(qiáng)度成線性關(guān)系的輸出電壓，可用于磁場(chǎng)等多種場(chǎng)合的測(cè)量。2 開關(guān)型. 開關(guān)型傳感器由電壓調(diào)整器、霍爾元件、

9、差分放大器、施密特觸發(fā)器和輸出級(jí)五部分組成.輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出為數(shù)字信號(hào)。 它的導(dǎo)通和截止只與外界磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有關(guān)，與磁場(chǎng)極性無(wú)關(guān)。3 鎖定型. 它與開關(guān)型傳感器一樣也是由五部分組成的。 其工作過程是:當(dāng)外界磁場(chǎng)方向?yàn)檎龝r(shí)，霍爾元件的輸出電壓為正，該電壓經(jīng)過放大器放大后作為觸發(fā)器的觸發(fā)信號(hào)。 當(dāng)信號(hào)電壓隨外界磁感應(yīng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加，達(dá)到觸發(fā)器導(dǎo)通電壓閥值時(shí)，電路的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，此后，如果外界磁感?yīng)強(qiáng)度繼續(xù)增加，觸發(fā)器維持導(dǎo)通狀態(tài)不變。 由于觸發(fā)器的導(dǎo)通和截止電壓閥值的設(shè)計(jì)是對(duì)稱的，所以當(dāng)外界磁感應(yīng)強(qiáng)度減弱時(shí)，觸發(fā)器仍維持導(dǎo)通狀態(tài)。 只有當(dāng)外界磁場(chǎng)極性改變并達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，霍爾

10、元件輸出的負(fù)觸發(fā)信號(hào)達(dá)到觸發(fā)器的截止閥值電壓，觸發(fā)器才由導(dǎo)通躍變?yōu)榻刂?，因而磁?chǎng)的極性每變換一次，電路的輸出就完成一次開關(guān)轉(zhuǎn)換。1.3 霍爾位置傳感器1.3.1 霍爾位置傳感器的結(jié)構(gòu)霍爾位置傳感器也是由定子和轉(zhuǎn)子部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)主轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，用以指示電機(jī)主轉(zhuǎn)子的位置. 定子是由若干個(gè)霍爾元件按一定的間隔等距離地安裝在傳感器定子上，以檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，如圖3 所示. 圖1-3 霍爾效應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2 霍爾位置傳感器的基本功能位置傳感器的基本功能是在電動(dòng)機(jī)的每一個(gè)電周期內(nèi)，產(chǎn)生出所要求的開關(guān)狀態(tài)數(shù). 電動(dòng)機(jī)傳感器的永磁轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對(duì)磁極(n、s 極) 的轉(zhuǎn)角，就要產(chǎn)生出與電機(jī)邏輯分

11、配狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)數(shù)，以完成電動(dòng)機(jī)的一個(gè)換向全過程.1. 3. 3 霍爾位置傳感器的構(gòu)成原則構(gòu)成一個(gè)霍爾位置傳感器必須滿足以下兩個(gè)條件:1) 在一個(gè)電周期內(nèi)所產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)是不重復(fù)的，每一個(gè)開關(guān)狀態(tài)所占的電角度相等。2) 在一個(gè)電周期內(nèi)所產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)數(shù)應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)數(shù)相對(duì)應(yīng).如果位置傳感器輸出的開關(guān)狀態(tài)能滿足以上兩個(gè)條件，總能通過一定的邏輯變換將位置傳感器的開關(guān)狀態(tài)與電動(dòng)機(jī)的換向狀態(tài)對(duì)應(yīng)起來，完成換向.以一個(gè)由相互間隔為60電角度的三個(gè)霍爾元件a、b、c 所組成的霍爾位置傳感器為例，圖4 為霍爾元件輸出波形組合圖，表1 是霍爾元件的輸出狀態(tài)。圖1-4 霍爾元件輸出波形組合圖 由鎖定

12、型霍爾開關(guān)元件的原理知，在一個(gè)電周期內(nèi)，當(dāng)其感受n 及s 二個(gè)不同極性磁場(chǎng)的作用時(shí)，將呈現(xiàn)出“高電平”及“低電平”兩個(gè)不同的狀態(tài)，這兩個(gè)不同的狀態(tài)所占的電角度相等，各為180。把三個(gè)相互錯(cuò)開60電角度的波形組合在一起，這種組合的霍爾位置傳感器能產(chǎn)生六個(gè)不同的開關(guān)狀態(tài)，且所占的電角度都相等，均為60。表1-1 間隔60度電三個(gè)霍爾效應(yīng)上述規(guī)律是從理論上考慮一個(gè)多位雙值系統(tǒng)能構(gòu)成多少個(gè)不同的狀態(tài)，為我們?cè)诖_定霍爾元件的個(gè)數(shù)時(shí)提供一個(gè)大致的范圍，最后還必須使用波形組合法，才能最終確定一個(gè)實(shí)際的位置傳感器需要的霍爾元件數(shù)。第2章 無(wú)刷直流電機(jī)的概況無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，這

13、一淵源關(guān)系從其名稱中就可以看出來。有刷直流電動(dòng)機(jī)從19世紀(jì)40年代出現(xiàn)以來，以其優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制特性，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)一直在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。但是，有機(jī)械接觸電刷-換向器一直是電流電機(jī)的一個(gè)致命弱點(diǎn)，它降低了系統(tǒng)的可靠性，限制了其在很多場(chǎng)合中的使用。為了取代有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向裝置，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的探索。隨著人們對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)特性了解的日益深入，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的理論也逐漸得到了完善。1986年，h.r.bolton對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)作了全面系統(tǒng)的總結(jié)，指出了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的研究領(lǐng)域，成為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的經(jīng)典文獻(xiàn)，標(biāo)志著無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在理論上走向成熟。我國(guó)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的研究起步

14、較晚。1987年，在北京舉辦的聯(lián)邦德國(guó)金屬加工設(shè)備展覽會(huì)上，siemens和bosch兩公司展出了永磁自同步伺服系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)器，引起了國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者的廣泛注意，自此國(guó)內(nèi)掀起了研制開發(fā)和技術(shù)引進(jìn)的熱潮。經(jīng)過多年的努力，目前，國(guó)內(nèi)已有無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的系列 產(chǎn)品，形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模。2.1無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較表2-1 無(wú)刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較項(xiàng)目無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)換向借助轉(zhuǎn)自子位置傳感器實(shí)現(xiàn)電子換向由電刷和換向器進(jìn)行機(jī)械換向維護(hù)由于沒有電刷和換向器，很少需要維護(hù)需要周期性維護(hù)壽命比較長(zhǎng)比較短機(jī)械（速度/力矩）特性平（硬）在負(fù)載條件下能在所有速度上運(yùn)

15、行中等平（中等硬）。在較高速度上運(yùn)行時(shí)，電刷摩擦增加，有用力矩減小效率由于沒有電刷壓降，所以效率高中等輸出功率/外形尺寸之比高由于電樞繞組設(shè)置在與機(jī)殼相連的定子上，容易散熱。這種優(yōu)異的熱傳導(dǎo)特性允許減小電動(dòng)機(jī)的尺寸，所以輸出功率/外形尺寸之比高中等/低。電樞產(chǎn)生的熱量消散在氣隙內(nèi)，這樣增加了氣隙溫度，從而限制了輸出功率/外形尺寸之比轉(zhuǎn)自慣量低。因?yàn)橛来朋w設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)轉(zhuǎn)自慣量高，限制了動(dòng)態(tài)特性速度范圍比較高。沒有電刷/換向器給予的機(jī)械限制比較低，存在電刷給予的機(jī)械限制電氣噪聲低電刷的電弧將對(duì)附近的設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾制造價(jià)格比較高低控制復(fù)雜和價(jià)格貴簡(jiǎn)單和價(jià)格不貴控制要求為了使電動(dòng)機(jī)運(yùn)

16、轉(zhuǎn)必須要有控制器，但同樣的控制器可用于變速控制對(duì)于一個(gè)固定的速度而言，不需要控制器；有變速要求的時(shí)候才需要控制器2.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理1.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩分析電機(jī)本體的電樞繞組為三相星型連接，位置傳感器與電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對(duì)位置信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號(hào)，控制動(dòng)信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路隔離放大后控制逆變器的功率開關(guān)管，使電機(jī)的各相繞組按一定的順序工作。圖2-1 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖如圖2-1所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（順時(shí)針）到圖a所示的位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使t1、t6 導(dǎo)通，即a、b兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)t1流入a

17、相繞組，再?gòu)腷相繞組流出，經(jīng)t6回到電源的負(fù)極，此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60電角度，到達(dá)圖b所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使t1、t2導(dǎo)通，a、c兩相繞組通電，電流從電源的正極流出，經(jīng)t1流入a相繞組，再?gòu)腸相繞組流出，經(jīng)t2回到電源負(fù)極。此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，使電機(jī)的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60電角度，逆變器開關(guān)就發(fā)生一次切換，功率開關(guān)管的導(dǎo)通邏輯為t1、t6t1、t2t3、t2t3、t4t5、t4t5、t6t1、t6。在次期間，轉(zhuǎn)子始終受到順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子在空間每

18、轉(zhuǎn)過60電角度，定子繞組就進(jìn)行一次換流，定子合成磁場(chǎng)的磁狀態(tài)就發(fā)生一次躍變?？梢姡姍C(jī)有6種磁狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)通時(shí)間對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120電角度。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的這種工作方式叫兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)，這是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)最常用的一種工作方式。2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與輸出開關(guān)管換流信號(hào)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的位置一般采用三個(gè)在空間上相隔120電角度的霍爾位置傳感器進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)位于霍爾傳感器位置處的磁場(chǎng)極性發(fā)生變化時(shí)，傳感器的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個(gè)霍爾傳感器位檢測(cè)元件的位置在空間上各差120電角度，因此從這三個(gè)檢測(cè)元件輸出端可以獲得三個(gè)在時(shí)間上互差120度、寬度為180度的電平信號(hào)，分別

19、用a、b、c來表示，如圖1-2所示，以信號(hào)a為例，a相位置寬度為180電導(dǎo)角：在0-60度，t1必須導(dǎo)通，故t1狀態(tài)為1，而c相還剩下60度通電寬度，所以此段時(shí)間為t1和t6等于1，（此時(shí)下部可供導(dǎo)通的管子為t4、 t6和t2，而為避免橋臂直通，t4不能導(dǎo)通；t2的導(dǎo)通時(shí)間未到，故只能是t6導(dǎo)通）；而在60度120度，此時(shí)只有a相通電，b和c相處于非導(dǎo)電期，故導(dǎo)通的開關(guān)管為t1和t2（t1和t2等于1），其中t2是為b相導(dǎo)電作準(zhǔn)備；而在120度180度時(shí)，由于 每一相只有120電導(dǎo)角導(dǎo)電時(shí)間，故此時(shí)t1關(guān)斷（t1=0），t2仍然導(dǎo)通（b相開始進(jìn)入導(dǎo)電期），此時(shí)可知，t1關(guān)斷，t5不能開通（防止

20、橋臂直通），則此時(shí)只能開通t3，所以t3信號(hào)此時(shí)間段為1。其他時(shí)間段的開關(guān)管導(dǎo)通情況與此類似。理論上，只要保證三個(gè)位置傳感器在空間上互差120度，開關(guān)管的換流時(shí)刻總是可以推算出來的。然而，為了簡(jiǎn)化控制電路，每個(gè)霍爾傳感器的起始安裝位置在各自相繞組的基準(zhǔn)點(diǎn)（r0=00）上.那么在r0=00的控制條件下，a相繞組開始通電的時(shí)刻（即該相反電勢(shì)相位30度位置）恰好與a相位置傳感器輸出信號(hào)a的電平跳變時(shí)刻重合，此時(shí)應(yīng)將t1開關(guān)管驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通。同理，其他開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)刻也可以按同樣方法確定。本設(shè)計(jì)選用的是三相無(wú)刷永磁直流電動(dòng)機(jī)，其額定電壓uh=36v,電樞額定電流iah=8.5a,電樞峰值電流iap15a,額

21、定轉(zhuǎn)速nh=350r/min,額定功率ph=250w。 圖2-2 無(wú)刷電動(dòng)機(jī)位置檢測(cè)及開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)表2-2 無(wú)刷電動(dòng)機(jī)直流通電控制方式開關(guān)切換表旋轉(zhuǎn)方向位置傳感器逆變橋開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)abct1t2t3t4t5t6正轉(zhuǎn)001000011010001100011000110100110000101100001110011000反轉(zhuǎn)0010110000101000010111100001000001101010011001100000112.3 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性2.3.1 調(diào)節(jié)特性無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性如圖2-4所示。圖2-4 調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性的始動(dòng)電壓和斜率分別為： （1-2） （1-

22、3）從機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性可以看出，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與一般直流電動(dòng)機(jī)一樣，具有良好的調(diào)速控制性能，可以通過調(diào)節(jié)電源電壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。但不能通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁調(diào)速，因?yàn)橛来朋w的勵(lì)磁磁場(chǎng)不可調(diào)。2.3.2 工作特性電樞電流與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系、效率輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系如圖1-5所示。圖2-5 工作特性在輸出額定轉(zhuǎn)矩時(shí),電機(jī)效率高、損耗低是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的重要特點(diǎn)之一。2.4 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與研究動(dòng)向現(xiàn)階段，雖然各種交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，但無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正受到普遍的關(guān)注。自20世紀(jì)90年代以來，隨著人們生活水平的提高和現(xiàn)代化生產(chǎn)、辦公自動(dòng)化的發(fā)展，家用電器、工業(yè)機(jī)器人等設(shè)備都越來越趨向于高

23、效率化、小型化及高智能化，作為執(zhí)行元件的重要組成部分，電機(jī)必須具有精度高、速度快、效率高等特點(diǎn)，無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用也因此而迅速增長(zhǎng)。尤其在節(jié)能已成為時(shí)代主題的今天，無(wú)刷直流電機(jī)高效率的特點(diǎn)更顯示了其巨大的應(yīng)用價(jià)值。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。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，例如空調(diào)器和計(jì)算機(jī)外設(shè)都要求無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)以無(wú)轉(zhuǎn)子位置傳感器方式運(yùn)行。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。第3章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.1無(wú)刷直流電

24、動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)(brushless dc motor,簡(jiǎn)稱bldcm)是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是由電動(dòng)機(jī)本體、位置檢測(cè)器、逆變器和控制器組成的自同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)或自控式變頻同步電動(dòng)機(jī).霍爾位置檢測(cè)器檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào),控制器對(duì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)進(jìn)行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號(hào),開關(guān)信號(hào)以一定的順序觸發(fā)逆變器中的功率開關(guān)器件,將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動(dòng)機(jī)定子各相繞組,使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩.現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)各部分的基本結(jié)構(gòu)說明如下。1電機(jī)本體無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)最初的設(shè)計(jì)思想來自普通的有刷直流電動(dòng)機(jī)，不同的是將直流電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行了互換，其轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，產(chǎn)

25、生氣隙磁通；定子為電樞，有多相對(duì)稱繞組。原直流電動(dòng)機(jī)的電刷和機(jī)械換向器被逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器所代替。所以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本體實(shí)際上是一種永磁同步電機(jī)。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本體為永磁電機(jī)，所以無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)也稱為永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。定子的結(jié)構(gòu)與普通同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，鐵心中嵌有多相對(duì)稱繞組。繞組可以接成星形或三角形，并分別與逆變器中的各開關(guān)管相連，三相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)最為常見。2逆變器目前，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的逆變器主開關(guān)一般采用igbt或功率mosfet等全控型器件，有些主電路已有集成的功率模塊（pic）和智能功率模塊（ipm），選用這些模塊可以提高系統(tǒng)的可靠性。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子

26、繞組的相數(shù)可以有不同的選擇，繞組的連接方式也有星形和角型之分，而逆變器又有半橋型和全橋型兩種。不同的組合使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不同的性能和成本。3位置檢測(cè)器位置檢測(cè)器的作用是檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)與定子繞組的位置信號(hào)，為逆變器提供正確的換相信息。位置檢測(cè)包括有位置傳感器和無(wú)位置傳感器檢測(cè)兩種方式。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)本體轉(zhuǎn)子磁極的位置；其定子固定在電機(jī)本體定子或端蓋上，以檢測(cè)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。轉(zhuǎn)子位置傳感器的種類包括磁敏式、電磁式、光電式、接近開關(guān)式、正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器式以及編碼器等。在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中安裝機(jī)械式位置傳感器解決了電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)問題。但

27、是位置傳感器的存在增加了系統(tǒng)的成本和體積，降低了系統(tǒng)可靠性，限制了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍，對(duì)電機(jī)的制造工藝也帶來了不利的影響。因此，國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置運(yùn)行方式給予高度重視。無(wú)機(jī)械式位置傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)是通過檢測(cè)和計(jì)算與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)的物理量間接地獲得轉(zhuǎn)子位置信息，主要有反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)法、續(xù)流二極管工作狀態(tài)檢測(cè)法、定子三次諧波檢測(cè)法和瞬時(shí)電壓方程法等。4控制器控制器是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)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：（1）對(duì)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器輸出的信號(hào)、pwm調(diào)制信號(hào)、正反轉(zhuǎn)和停車信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各開關(guān)管的斬波信號(hào)和選通信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停

28、車控制。（2）產(chǎn)生pwm調(diào)制信號(hào)，使電機(jī)的電壓隨給定速度信號(hào)而自動(dòng)變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)開環(huán)調(diào)速。（3）對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)調(diào)節(jié)和電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。（4）實(shí)現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障保護(hù)電路。3.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.2.1 設(shè)計(jì)方案比較無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)兼有直流電動(dòng)機(jī)調(diào)整和起動(dòng)性能好以及異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單無(wú)需維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，因而在高可靠性的電機(jī)調(diào)速領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方面，絕大多數(shù)場(chǎng)合數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已取代模擬調(diào)速系統(tǒng)。目前，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要采用兩種控制方案:一種采用專用集成電路。這種方案可以降低設(shè)備投資，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。另一種是

29、以微處理器為控制核心構(gòu)成硬件系統(tǒng)。這種方案可以編程控制，應(yīng)用范圍廣，且靈活方便。電機(jī)控制器是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行并實(shí)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(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各種控制信號(hào);產(chǎn)生pwm脈寬調(diào)制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速;實(shí)現(xiàn)短路、過流、欠壓等故障保護(hù)功能?？刂破魇请妱?dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是電動(dòng)自行車的大腦。其主要作用是在保證電動(dòng)自行車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源、保護(hù)電機(jī)及蓄電池，以及降低電動(dòng)自行車在受到破壞時(shí)的損傷程度。目前，市場(chǎng)上常用的電動(dòng)自行車無(wú)刷直流電機(jī)控制器主要采用專用集成電路為主控芯片，像motolora公司研制的專

30、用集成電路mc33035，其針對(duì)無(wú)刷電機(jī)的控制要求，將控制邏輯集成在芯片內(nèi)，一般該類控制器稱為模擬式控制器，其工作原理是用電子裝置代替電刷控制電機(jī)線圈電流換向，根據(jù)電機(jī)內(nèi)的位置傳感器(霍爾傳感器)信號(hào)，決定換相的順序和時(shí)間，從而決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。該控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是智能性差，保護(hù)措施有限，系統(tǒng)升級(jí)空間小。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)作為主控芯片，用編程的方法來模擬無(wú)刷電機(jī)的控制邏輯，其特點(diǎn)是使用靈活，通過修改程序可適應(yīng)不同規(guī)格的無(wú)刷電機(jī)，增加系統(tǒng)功能方便，通常將此類控制器稱為數(shù)字式控制器。無(wú)刷電機(jī)控制方法主要分為有位置傳感器控制和無(wú)位置傳感器控制兩種。在有位置傳感器的控制方法中，現(xiàn)今，由于霍爾傳感器性價(jià)

31、比高，安裝方便，被廣泛應(yīng)用作為無(wú)刷直流電機(jī)的位置傳感器。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器的控制方法主要有反電勢(shì)法、定子三次諧波法、續(xù)流二極管檢測(cè)法、脈沖檢測(cè)法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。但是由于無(wú)位置傳感器控制方法在低速時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確的速度調(diào)制，所以現(xiàn)階段在電動(dòng)車領(lǐng)域只是處于研究階段，無(wú)法推廣到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。3.2.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖基于3.2.1節(jié)的考慮,可繪出無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖,如圖2-1所示:圖3-1 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制框圖（1）微控制器主要功能是根據(jù)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個(gè)輸出信號(hào)，將它們處理成功率驅(qū)動(dòng)單元的六個(gè)功率開關(guān)器件所要求的驅(qū)動(dòng)順序。微

32、控制器的另一個(gè)重要作用是根據(jù)電壓、電流和轉(zhuǎn)速等反饋模擬信號(hào)，以及隨機(jī)發(fā)出的制動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過ad變換和必要的運(yùn)算后，借助內(nèi)置的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)帶有上述各種信息的脈寬調(diào)制信號(hào)。（2）功率驅(qū)動(dòng)單元主要包括功率開關(guān)器件組成的三相全橋逆變電路和自舉電路。自舉電路由分立器件構(gòu)成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅(qū)動(dòng)集成電路。（3）位置傳感器位置傳感器在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中起著測(cè)定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。（4）周邊輔助、保護(hù)電路主要有電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護(hù)電路、調(diào)速信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)等輸入電路。第4章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)硬件設(shè)計(jì)4.1 逆變主電路設(shè)計(jì)圖4-1 功率開關(guān)主電路

33、原理圖逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機(jī)供電。與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，是一個(gè)“自控式逆變器”。由于采用自控式逆變器，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的重要優(yōu)點(diǎn)之一。4.2 逆變開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)ir2110的特點(diǎn)有輸出驅(qū)動(dòng)隔離電壓可達(dá)500v；芯片自身的門輸入驅(qū)動(dòng)范圍為1020v；輸入端帶施密特觸發(fā)電器；可實(shí)現(xiàn)兩路分立的驅(qū)動(dòng)輸出，可驅(qū)動(dòng)高壓高頻器件，如igbt、功率mosfet等，且工作頻率高可達(dá)500khz ，開通、關(guān)斷延遲小，分別為120ns和94ns；邏輯電源的輸入范圍（腳

34、9）515v，可方便的與ttl，cmos電平相匹配。 (2) ir2110 主要功能及技術(shù)參數(shù)ir2110 采用cmos 工藝制作,邏輯電源電壓范圍為5 v20 v ,適應(yīng)ttl 或cmos 邏輯信號(hào)輸入,具有獨(dú)立的高端和低端2 個(gè)輸出通道。由于邏輯信號(hào)均通過電平耦合電路連接到各自的通道上,容許邏輯電路參考地(uss) 與功率電路參考地(com) 之間有- 5 v和+ 5 v 的偏移量,并且能屏蔽小于50 ns 的脈沖,這樣有較理想的抗噪聲效果。采用cmos 施密特觸發(fā)輸入,以提高電路抗干擾能力。4.3 單片機(jī)的選擇目前，市場(chǎng)上有很多無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，大部分電動(dòng)車生產(chǎn)廠商采用motorol

35、a公司的mc3303無(wú)刷電機(jī)專用控制芯片，它具有無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)所需要的基本功能。本設(shè)計(jì)采用pic16f72單片機(jī)作為主控芯片，不僅可以實(shí)現(xiàn)專用控制芯片mc33035的全部功能，而且容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展，通過軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多功能的電機(jī)控制。單片機(jī)選擇依據(jù)：(1)性能因素。通過對(duì)該系統(tǒng)分析，8位單片機(jī)可以滿足系統(tǒng)控制精度的要求。由于整個(gè)系統(tǒng)有多種模擬參數(shù)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，因此選用的單片機(jī)應(yīng)該有多通道a/d轉(zhuǎn)換模塊。在無(wú)刷電機(jī)控制中，脈寬調(diào)制pwm技術(shù)廣泛應(yīng)用，因此所選單片機(jī)應(yīng)具有脈寬調(diào)制輸出端口。(2)安全因素。電子產(chǎn)品的安全性是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，作為控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)的安全性必須達(dá)到系

36、統(tǒng)要求。(3)價(jià)格因素?？紤]到該設(shè)計(jì)要與市場(chǎng)接軌，因此價(jià)格問題尤為重要，要選擇一個(gè)性價(jià)比較高的單片機(jī)，包括單片機(jī)的單片價(jià)格和開發(fā)系統(tǒng)的造價(jià)。4.3.1 pic單片機(jī)特點(diǎn)pic (periphery interface chip)系列單片機(jī)是美國(guó)microchip公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。pic單片機(jī)以其獨(dú)特的硬件系統(tǒng)和指令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，逐漸被廣大工程設(shè)計(jì)人員接受microchip公司是一家集開發(fā)、研制和生產(chǎn)為一體的專業(yè)單片機(jī)芯片制造商，其產(chǎn)品綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路，具有很強(qiáng)的技術(shù)特色。產(chǎn)品采用全新的流水線結(jié)構(gòu)，單字節(jié)指令體系，嵌入flash以及10位a/d轉(zhuǎn)換器。使之具有卓越的性能，代表著單片機(jī)發(fā)展新的潮

37、流。pic系列單片機(jī)具有高，中，低3個(gè)檔次，可以滿足不同用戶開發(fā)的需求，適合在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。pic系列單片機(jī)具有如下特點(diǎn):(1)單片機(jī)種類豐富pic最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來滿足不同層次的應(yīng)用要求。就實(shí)際而言，不同的應(yīng)用對(duì)單片機(jī)功能和資源的需求也是不同的。(2) 哈佛總線結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，pic系列單片機(jī)在普林斯頓體系結(jié)構(gòu)和哈佛體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用獨(dú)特的哈佛總線結(jié)構(gòu)，徹底將芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，為采用不同的字節(jié)寬度，有效擴(kuò)展指令的字長(zhǎng)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。圖4-3 pic系列單片機(jī)哈佛總線結(jié)構(gòu)(3)指令特色pic系列單片

38、機(jī)的指令系統(tǒng)具有尋址方式簡(jiǎn)單和代碼壓縮率高等優(yōu)點(diǎn)。(4)功耗低由于pic系列單片機(jī)采用cmos結(jié)構(gòu)，使其功率消耗極低。(5)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)pic系列單片機(jī)i/o端口驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較強(qiáng)，每個(gè)輸出引腳可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)20-25ma的負(fù)載，既能夠高電平直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管led、光電耦合器、小型繼電器等，也可以低電平直接驅(qū)動(dòng)，這樣可以大大簡(jiǎn)化控制電路。4.3.2 pic16f72單片機(jī)管腳排列及功能定義圖4-4 pic16f72單片機(jī)管腳圖（1）mclr:清除（復(fù)位）輸入。其中mclr為低電平時(shí)，對(duì)芯片復(fù)位；該管腳的電壓不能超過vdd，否則會(huì)進(jìn)入測(cè)試方式。（2）ra0-ra5：雙向可編程，亦可作為并行口。電池

39、欠壓信號(hào)：電池電壓經(jīng)分壓后接單片機(jī)管腳3。轉(zhuǎn)把復(fù)位信號(hào)：由單片機(jī)的第4腳讀入剎車信號(hào)：剎車信號(hào)由單片機(jī)的第5腳讀入。（3）osc1、osc2：為振蕩器晶振。（4）rc0-rc7：數(shù)字i/o（5）rb0-rb7：數(shù)字i/o（6）vdd：+5v電壓輸入4.3.3 時(shí)鐘電路 如圖4-5所示，單片機(jī)的9、10腳外接16mhz晶體。圖4-5 時(shí)鐘電路圖4.3.4 復(fù)位電路如圖4-6所示，與單片機(jī)1腳外接圖4-6 復(fù)位電路圖第5章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)軟件設(shè)計(jì)5.1 直流無(wú)刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計(jì)概況該程序在設(shè)計(jì)的過程中, 首先要上電復(fù)位, 然后初始化時(shí)鐘和中斷源, 再打開中斷, 當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)把的輸人電壓時(shí), 將該

40、電壓經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后按算法計(jì)算出pwm的占空比輸出pwm波。隨后采樣位置傳感器產(chǎn)生霍爾信號(hào), 將該信號(hào)的狀態(tài)與電機(jī)固定的相位序列進(jìn)行比較, 判斷電機(jī)的相位是否正確。若正確, 輸出波pwm, 否則, 重新復(fù)位。欠壓檢測(cè)是根據(jù)需要設(shè)定欠壓值, 然后采樣當(dāng)前電源電壓, 若電壓低于設(shè)定值,則關(guān)閉輸出, 相反, 則進(jìn)行限流保護(hù)檢測(cè)。限流保護(hù)檢測(cè)是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經(jīng)放大、a/d轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的電流限定值進(jìn)行比較, 若高于最高限定值, 則關(guān)閉輸出, 反之, 則正常運(yùn)行。在運(yùn)行的過程中應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)是否有剎車信號(hào)輸人, 若有剎車信號(hào)輸人, 則關(guān)閉輸出。5.2 系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)1 驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制

41、通過查表實(shí)現(xiàn)霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。直流無(wú)刷電機(jī)的3個(gè)霍爾元件組合起來有8種狀態(tài), 其中6種是有效的, 對(duì)應(yīng)1個(gè)輸出的狀態(tài)。這6個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)沒有明顯的簡(jiǎn)單數(shù)量關(guān)系, 所以要實(shí)現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。若電機(jī)需要反轉(zhuǎn), 只需增加一個(gè)反轉(zhuǎn)狀態(tài)表即可。正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)只在于電流換相順序的不同, 反映到程序中僅在查表處有區(qū)別, 所以正反轉(zhuǎn)可共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。2 啟動(dòng)理論上講, 轉(zhuǎn)子位置過磁場(chǎng)換相臨界點(diǎn)時(shí), 電流換相的速度越快越好。根據(jù)這一想法, 可以將霍爾信號(hào)的改變?cè)O(shè)置為中斷, 從而轉(zhuǎn)子的換相可以得到立即響應(yīng)。但是在電動(dòng)自行車控制場(chǎng)合,這樣的想法是沒有必要的。電動(dòng)自行車直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)來說很低

42、。設(shè)電動(dòng)自行車運(yùn)行在最高速20km/s(這是國(guó)家法律規(guī)定的速度限制), 而其使用的小徑輪胎0.6m, 則霍爾信號(hào)改變的時(shí)間為0.244s。這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)主程序循環(huán)一周需要的時(shí)間(約0.001s), 所以將霍爾元件信號(hào)狀態(tài)的檢測(cè)工作放在主程序中即可。這樣做的好處是可以減小中斷程序的執(zhí)行時(shí)間, 程序運(yùn)行更加流暢。5.3 軟件流程圖系統(tǒng)軟件按順序掃描控制的模式編制。軟件定時(shí)器根據(jù)調(diào)速要求產(chǎn)生直流斬波電壓，采用中斷方式運(yùn)行，改變斬波電壓只需在對(duì)應(yīng)單元寫入控制值。三相位置輸入信號(hào)經(jīng)簡(jiǎn)單查表運(yùn)算產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出邏輯。剎車信號(hào)、過流信號(hào)和欠壓信號(hào)順次讀入，并進(jìn)行相應(yīng)處理。開始初始化 剎 車？ y 欠

43、壓 ？ n y 過 流 ？ n y 工 作 模 式 設(shè) 置 n 讀 入 位 置 信 號(hào) 計(jì) 算 脈 沖 寬 度 輸 出pwm波顯 示 輸 出圖5-1 軟件流程圖結(jié)束語(yǔ)本文在廣泛查閱資料，了解無(wú)刷直流電機(jī)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的控制原理進(jìn)行了的研究，設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)單電動(dòng)自行車用無(wú)刷直流電機(jī)控制器。本文所設(shè)計(jì)的基于pic單片機(jī)的無(wú)刷直流電機(jī)控制器具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、保護(hù)功能完善、軟件采用模塊化設(shè)計(jì)易于用戶二次開發(fā)等特點(diǎn)。主要實(shí)現(xiàn)了如下功能:(1)采用pic16f72單片機(jī)作為主控芯片，加強(qiáng)了電動(dòng)車的智能控制；(2)安全控制電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的欠壓保護(hù)、過流保護(hù)；3)設(shè)計(jì)了逆變器驅(qū)動(dòng)電路、硬件過

44、流保護(hù)電路，提高系統(tǒng)的可靠性;由于時(shí)間與能力有限，本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)，比如可采用無(wú)位置傳感器的控制方法，利用軟件檢測(cè)電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，從而省去位置傳感器，降低硬件成本，提高可靠性;還可采用專用控制芯片和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的控制，使系統(tǒng)具有更好的靈活性和穩(wěn)定性。致 謝參考文獻(xiàn)1 梁森等，自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)，第二版，機(jī)械工業(yè)出版社，20052 李鐘明,劉衛(wèi)國(guó).稀土永磁電機(jī).第一版.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，19993 唐蘇亞.電動(dòng)車輛及其電機(jī)的發(fā)展概況.電機(jī)技術(shù)，19964 陳清泉，詹宜巨.21世紀(jì)的綠色交通工具機(jī)技術(shù)，2004 5 周志新.電動(dòng)自行車結(jié)構(gòu)與維修.江

45、蘇:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，20016 張深.直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)原理與其應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，19967 韋敏，季小尹.mc33035在直流無(wú)刷電機(jī)控制中的應(yīng)用.電工技術(shù)雜志，20048 梁正峰，王磊.電動(dòng)自行車用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)研究.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化附錄1核心程序#include #define and 0xe0 #define cura 0x0a #define curb 0x09 #define thl 0x6400 #define fullduty 0x0ff #define spea 0x1d #define speb 0x1c #define gcurhilo 0x0330 #defi

46、ne gcurh 0x33 #define gspeh 0x67 #define tson 0x38 #define volon 0x4c #define voloff 0x49 volatile unsigned char delayh,delayl,oldstate,speed,speedcount,tsh,count_ts,count_vol,gcur,currenth,voltage; static bit sp1,spe,ts,volflag,spepid,lowpower,off,shutdown,curpid; static volatile unsigned char new1

47、0=0xaf,0xbe,0xff,0x7e,0xcf,0xff,0xd7,0x77,0xff,0xffvoid init877()portc=0x0ff; trisc=0x02; pie1=0x00; trisa=0xcf; trisb=0xef; portc=new(portb&and)5; t2con=0x01; ccpr1l=0x0ff; ccp1con=0x0ff; ccp2con=0x0b; adcon0=0x81; tmr2=0x00; tmr1h=0x00; tmr1l=0x00;t1con=0x00; ccpr2h=0x08;ccpr2l=0x00; pr2=0xc7; adcon1=0x02; option=0xfb; tmr2on=1; intcon=0xd8; adie=1; speedcount=0x00; speed=0