無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真

1、 目錄1 前言- 1 -1.1 無刷直流電機(jī)的發(fā)展- 1 -1.2 無刷直流電機(jī)的優(yōu)越性- 1 -1.3 無刷直流電機(jī)的應(yīng)用- 2 -1.4 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展- 2 -2 無刷直流電機(jī)的原理- 4 -2.1 三相無刷直流電動機(jī)的基本組成- 4 -2.2 無刷直流電機(jī)的基本工作過程- 5 -2.3 無刷直流電動機(jī)本體- 6 -2.3.1 電動機(jī)定子- 6 -2.3.2 電動機(jī)轉(zhuǎn)子- 7 -2.3.3 有關(guān)電機(jī)本體設(shè)計(jì)的問題- 8 -3 轉(zhuǎn)子位置檢測- 8 -3.1 位置傳感器檢測法- 8 -3.2 無位置傳感器檢測法- 10 -4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)- 12 -4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、要求- 12 -4.1.1 系統(tǒng)總體框架- 12 -4.2 主電路供電方案選擇- 12 -4.3 無刷直流電機(jī)電子換相器- 14 -4.3.1 三相半控電路- 14 -4.3.2 三相全控電路- 15 -4.4 無刷直流電機(jī)的基本方程- 16 -4.5 逆變電路的選擇- 18 -4.6 基于MC33035的無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)- 19 -4.6.1 MC33035無刷直流電動機(jī)控制芯片- 19 -4.6.2 基于MC33035的無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 20 -5 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真- 23 -5.1 電源、逆變橋和無刷直流電機(jī)模型- 23 -5.2 換相邏輯控制模塊

3、- 25 -5.3 PWM調(diào)制技術(shù)- 30 -5.3.1 等脈寬PWM法- 32 -5.3.2 SPWM(Sinusoidal PWM)法- 32 -5.4 控制器和控制電平轉(zhuǎn)換及PWM發(fā)生環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)- 32 -5.5 系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析- 33 -5.5.1 起動，階躍負(fù)載仿真- 34 -5.5.2 可逆調(diào)速仿真- 36 -6 總結(jié)和體會- 38 - 無刷直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 前言直流無刷電機(jī)，無機(jī)械刷和換向器的直流電機(jī)，也被稱為無換向器直流電動機(jī)。它取代了機(jī)械電子換向器電刷和換向器直流電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)，是一個標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械和機(jī)電一體化產(chǎn)品。不僅具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維修方便

4、交流電機(jī)和一系列優(yōu)點(diǎn)與直流有刷效率高，無勵磁損耗和高速性能，以及許多其他功能的發(fā)動機(jī)。1.1 無刷直流電機(jī)的發(fā)展直流電動機(jī)由于其在運(yùn)動控制領(lǐng)域的卓越扭矩特性已得到廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)的直流電動機(jī)和機(jī)械毛刷，可靠性差的需要，減刑會產(chǎn)生電磁干擾，噪聲，火花，無線電干擾和壽命短的致命弱點(diǎn)，具有較高的生產(chǎn)成本和維修問題的嚴(yán)重影響，如聯(lián)合直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展的弊端。隨著社會生產(chǎn)力，人民生活水平不斷提高的發(fā)展，他們不斷開發(fā)新類型的電機(jī)?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步，新興技術(shù)和新材料，同時(shí)也進(jìn)一步推動電動汽車將繼續(xù)推出新產(chǎn)品。對于傳統(tǒng)的直流電機(jī)，只要30年早在20世紀(jì)的上述缺點(diǎn)，人們開始開發(fā)一個電子交流始終以取代無

5、刷直流電動機(jī)刷機(jī)，并提出相應(yīng)數(shù)量的結(jié)果。但是，這只是高功率處于發(fā)展的初級階段的電子設(shè)備，沒有找到理想的電子換向元件。使這個運(yùn)動只能停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒有推廣。 1955年，美國四哈里森，誰首先提出了晶體管使用該電機(jī)接替該專利申請的機(jī)械換向器，這是現(xiàn)代無刷直流電動機(jī)的原型。但是，因?yàn)闆]有馬達(dá)的起動轉(zhuǎn)矩，使其不能成為產(chǎn)品。后來，經(jīng)過多年的艱苦工作的人，終于由霍爾元件實(shí)現(xiàn)無刷直流電動機(jī)換意味著在1962年來，創(chuàng)造了直流無刷電機(jī)產(chǎn)品的時(shí)代。自20世紀(jì)，電力電子行業(yè)快速發(fā)展的70年代，許多新的高功率高性能電力電子器件，如GTR的，MOS管，IGBT的相繼出現(xiàn)，特別是高性能永磁材料等作為釤鈷的到來，使

6、無刷直流電動機(jī)，因而被廣泛應(yīng)用于更全面，更奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近40年來，隨著電動機(jī)本體及其相關(guān)學(xué)科的迅速發(fā)展，無刷直流電動機(jī)的電子換向直流電動機(jī)概念，發(fā)展指的是所有的直流無刷電機(jī)與電子交換子的外部特征。無刷直流到從1978年開始實(shí)時(shí)實(shí)際相電機(jī)，二十世紀(jì)是80歲進(jìn)行了深入的國際研究，先后開發(fā)無刷方波和正弦波無刷直流電機(jī)在十年的時(shí)間，直流電動機(jī)的發(fā)展更加迅速。1.2 無刷直流電機(jī)的優(yōu)越性直流電動機(jī)具有快速響應(yīng)，大起動轉(zhuǎn)矩，從零速到額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)矩可提供的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也是它的缺點(diǎn)，因?yàn)镈C額定負(fù)載機(jī)密生產(chǎn)性能不斷轉(zhuǎn)移的時(shí)刻，電樞與轉(zhuǎn)子磁場須保持恒定90度，這將用刷子和換向器。碳刷，換向器

7、，繼而引發(fā)電機(jī)，碳粉，所以除了元件造成損害的，有限的場合使用。交流無碳刷及整流子，免維護(hù)，可靠，應(yīng)用范圍廣，但直流電機(jī)馬達(dá)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)同等性能的必須使用復(fù)雜的控制得以實(shí)現(xiàn)。今天，功率半導(dǎo)體開關(guān)頻率成分的快速發(fā)展，加快了許多，提升驅(qū)動電機(jī)的性能。微處理器的速度也越來越快，使交流電機(jī)控制在一個旋轉(zhuǎn)的兩軸直角坐標(biāo)系放置，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分量，類似于直流電動機(jī)控制和一個相當(dāng)大的直流電動機(jī)性能。此外，已經(jīng)有許多微處理器將控制電機(jī)必需的功能使芯片，體積越來越小，像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，脈沖寬度調(diào)制。直流無刷電機(jī)電子換向控制交流電機(jī)，直流電機(jī)特性的直流電機(jī)相似，身體上沒有失蹤的應(yīng)用之一。事實(shí)上，無刷直

8、流電機(jī)有自己的缺點(diǎn)，包括成本高，難以控制的小型化的復(fù)雜性。在某些情況下，這些缺點(diǎn)已成為障礙的無刷直流電動機(jī)的發(fā)展。目前，電子技術(shù)，控制技術(shù)和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)是生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，逐步解決這些問題，因此，無刷直流電動機(jī)的性能和功能，有望進(jìn)一步提高。從市場的產(chǎn)品可以看到，最近一些制造商正在致力于開發(fā)高速，高性能的通用汽車，并提供絕對編碼器，防爆電機(jī)，以擴(kuò)大產(chǎn)品種類。雖然無刷直流電動機(jī)提供了一批技術(shù)領(lǐng)先和廣泛的應(yīng)用范圍，但我們可以在所有應(yīng)用程序，它是最佳的選擇，應(yīng)用程序或不應(yīng)該謹(jǐn)慎選擇。1.3 無刷直流電機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)在，無刷直流電機(jī)應(yīng)用擴(kuò)大，如航空航天和軍事領(lǐng)域的炮兵雷達(dá)，自動定位，船舶舵，飛機(jī)自動駕駛儀，

9、全自動控制應(yīng)用等，范圍，在信息處理設(shè)備，包括信息輸入，存儲，加工，輸出，傳輸和其他部門，時(shí)間越長，如微型計(jì)算機(jī)軟盤驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，光盤驅(qū)動器，復(fù)印機(jī)，打印機(jī)，傳真機(jī)等，在視聽設(shè)備，錄像機(jī)，錄音機(jī)，攝像機(jī)使用，照相機(jī)，光碟，DVD等，并在同一時(shí)間控制其人民的性能要求也不斷提高。今天，在各個領(lǐng)域，如醫(yī)療器械，紡織，化工，儀器儀表，電腦驅(qū)動器及家電的日益廣泛應(yīng)用等諸多方面，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。就像電腦的硬盤驅(qū)動器和軟盤驅(qū)動器中的主軸電機(jī)，伺服電機(jī)在錄音機(jī)，使用了大量的直流無刷電機(jī)。無刷直流電動機(jī)在工廠自動化設(shè)備品種也廣泛應(yīng)用于高速或在伺服系統(tǒng)所需的設(shè)備和作為該地區(qū)的大部分產(chǎn)品已成為不可缺少的運(yùn)動的一

10、部分。在許多應(yīng)用中，它有望取代刷直流伺服電機(jī)。然而，由于直流有刷低生產(chǎn)成本，控制，以及其他一些優(yōu)良特性伺服電機(jī)，其需求將繼續(xù)下去。1.4 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展在國內(nèi)和國外的直流無刷電機(jī)技術(shù)一般控制是比較成熟，而日本和更先進(jìn)的制造直流無刷電機(jī)及控制技術(shù)美國的所有者。特別是，日本已經(jīng)變得更突出的民用和軍事方面，美國是比較先進(jìn)的。無刷直流電機(jī)目前的研究重點(diǎn)主要在三個方面：1。無傳感器控制技術(shù)的開發(fā)，提高系統(tǒng)可靠性，降低了電機(jī)的體積和重量;2。由電機(jī)設(shè)計(jì)和控制方法，本文研究無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動的擴(kuò)大應(yīng)用，以增加其服務(wù)器范圍;3?？煽啃院途o湊的設(shè)計(jì)，集成的無刷直流電動機(jī)控制器的多功

11、能性。無傳感器控制技術(shù)：傳統(tǒng)的無刷直流電動機(jī)通過位置傳感器直接檢測轉(zhuǎn)子位置。無傳感器控制容易獲得，主要是通過電機(jī)的電壓或電流信號經(jīng)過一定的算法處理，得到轉(zhuǎn)子位置信號，也被介紹到轉(zhuǎn)子位置檢測方法而聞名。目前的檢測方法是：電磁場，歸納法，熔鹽法;續(xù)流二極管法觀察員估計(jì)，智能估計(jì)方法。電磁場被廣泛使用的方法原理簡單。隨著傳感器控制無刷直流電動機(jī)直接起動普遍較為困難，所以一開始就一直是熱點(diǎn)和難點(diǎn)。電磁場的無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置檢測啟動三階段方法比較成熟，對從起動電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行方式可分為三個階段：定子位置，加速度和切換。其他傳感器控制的電機(jī)起動方法，如前位置開始，日益頻繁和提高同步起動法檢測和短脈沖轉(zhuǎn)子定

12、位和法國，也有一定的應(yīng)用。無刷直流電動機(jī)控制器：無刷電機(jī)控制器，具有相似的發(fā)展已經(jīng)從電器元件的分立元件到數(shù)字可編程控制電路控制發(fā)展過程。在一般情況下，使用復(fù)雜的控制器設(shè)計(jì)，大，可靠性差，通用性分立元器件，是不利于大規(guī)模生產(chǎn)。時(shí)間，當(dāng)前的無刷直流電動機(jī)控制器，專用集成電路，F(xiàn)PGA和單片機(jī)，DSP控制器方法的主要用途。電機(jī)控制專用集成電路，是目前較無刷直流摩托羅拉的MC33035電機(jī)是一種直流無刷電機(jī)控制芯片，MicroLinear公司ML4425/4428傳感器控制芯片等。如果我們考慮到控制器的硬件和軟件設(shè)計(jì)等功能以后，您可以使用控制器的設(shè)計(jì)與FPGA，單片機(jī)，DSP等。 FPGA可以利用VH

13、DL，Verilog或C語言編程，靈活性，可與在線系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)重新配置編程功能重復(fù)，使得硬件的功能可以編程為相同的軟件修改，并且可以根據(jù)用戶需求定義界面功能。 MCU和DSP有豐富的外設(shè)接口，微控制器通常用于簡單電機(jī)控制系統(tǒng)中，而DSP為一個強(qiáng)大的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，往往在智能電機(jī)控制系統(tǒng)。關(guān)于這個問題的轉(zhuǎn)矩脈動比較復(fù)雜，不屬于本文的范圍，所以沒有更多的說明。2 無刷直流電機(jī)的原理2.1 三相無刷直流電動機(jī)的基本組成直流無刷永磁電動機(jī)主要由電動機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分構(gòu)成。其定子繞組一般為多相（3相、4相、5相不等），轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對數(shù)（2p=2,4,）組成。下圖所示

14、即為三相兩極直流無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)：圖2.1 三相兩極直流無刷電機(jī)組成三相定子繞組和電子開關(guān)電路，分別在相應(yīng)的功率開關(guān)器件連接的A，B，C三相繞組與電源開關(guān)用V1，V2，V3的階段。跟蹤轉(zhuǎn)子位置傳感器相連，電機(jī)軸。當(dāng)一相電源定子繞組，轉(zhuǎn)子電流和所產(chǎn)生的扭矩作用的永久磁鐵的兩極磁場產(chǎn)生的驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，那么該位置傳感器轉(zhuǎn)子磁鐵的位置轉(zhuǎn)換成電信號，以控制電子開關(guān)電路，使由一個特定的順序交替定子繞組，定子相按一定順序轉(zhuǎn)子換相位置的變化電流。由于電子開關(guān)電路的使用順序同步與轉(zhuǎn)子角度，起到了扭轉(zhuǎn)機(jī)械換向器的作用。無刷直流電機(jī)線是用來控制電子開關(guān)電機(jī)各相序定子繞組和時(shí)間的力量，主要是由邏輯開關(guān)單元，位置傳感器信號

15、處理單元兩部分權(quán)力。權(quán)力的邏輯控制電路交換的單位是電源的核心，它的功能是分配給每個階段之間的邏輯關(guān)系電動機(jī)定子繞組，使電機(jī)產(chǎn)生的恒轉(zhuǎn)矩。而每相繞組的順序和時(shí)間依賴于從轉(zhuǎn)子位置傳感器信號。不過，按位置傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過一定的邏輯去控制電源開關(guān)通過?？傊?，對直流無刷電機(jī)的主要部件組成，如圖2.2所示。電機(jī)本體無 刷 直 流 電 機(jī)電子開關(guān)電路位置傳感器主定子主轉(zhuǎn)子傳感定子傳感轉(zhuǎn)子功率邏輯開關(guān)位置信號處理圖2.2 無刷直流電機(jī)的組成框圖總結(jié)告訴我們，通常稱為無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，可以被看作是由電子開關(guān)，電機(jī)位置傳感器的身體和運(yùn)動系統(tǒng)三部分組成的電路。簡化的組成框圖如圖2.3所示。直流電源開關(guān)電源

16、電動機(jī)位置傳感器圖2.3 無刷直流電機(jī)簡化的組成原理框圖2.2 無刷直流電機(jī)的基本工作過程轉(zhuǎn)子位置圖2.1和圖2.4（一）對應(yīng)的位置顯示。此時(shí)光電子器件是因?yàn)閂P1的光線，使V1的是功率晶體管導(dǎo)通狀態(tài)，電流流入繞組機(jī)管局，轉(zhuǎn)子磁極繞組與從轉(zhuǎn)子的磁圖三箭頭極方向產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩電流的作用，旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極圖2.4（b）所示的位置，直接旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子軸也跟著由同步遮光板轉(zhuǎn)動，病毒VP1和VP2的照射覆蓋離開，這樣，在晶體管V1和V2的鉛晶體管通，從繞組的繞組BB心跳過流入，機(jī)管局，使轉(zhuǎn)子磁極旋轉(zhuǎn)朝著箭頭方向的電流。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極圖2.4（c）所示的位置，然后旋轉(zhuǎn)圖案已經(jīng)覆蓋病毒VP2，VP3的是如此的照射下，在晶

17、體管產(chǎn)生的V2和V3的導(dǎo)通晶體管，在繞組CC的電流流過，然后繼續(xù)以順時(shí)針方向驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極，并返回到圖2.4（d）職稱。因此，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置傳感器芯片領(lǐng)域，在定子繞組位置傳感器病毒VP1，VP2基因，下一個階段一個階段的控制，美聯(lián)儲將在瞭望為了實(shí)現(xiàn)相繞組電流換向。在減刑過程中，每個階段的工作中內(nèi)的空氣旋轉(zhuǎn)磁場形成的差距是定子繞組的飛躍。這旋轉(zhuǎn)360度電角度磁場，磁場內(nèi)有三個狀態(tài)，磁狀態(tài)持續(xù)每個角度120度。每相繞組電流和轉(zhuǎn)子磁場之間的關(guān)系如圖2.4。圖2.4（a）是第一個狀態(tài)，對于繞組機(jī)管局由人造纖維生產(chǎn)電力法。顯然，轉(zhuǎn)子繞組電流和磁場相互作用，轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn);轉(zhuǎn)身120度電角度后，進(jìn)入

18、第二個狀態(tài)，然后纏繞機(jī)管局的權(quán)力，和BB'以及電源，即在定子產(chǎn)生的磁場蜿蜒120度的大轉(zhuǎn)彎，如圖2.4所示（b）所示，電機(jī)定子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn);分120度電角度，我們進(jìn)入第三國，然后纏繞BB的權(quán)力，CC的電力，產(chǎn)生的磁場由定子繞組已轉(zhuǎn)向120度電角度，如圖2.4（c）所示，它繼續(xù)推動轉(zhuǎn)子匝120后恢復(fù)到初始狀態(tài)功率度順時(shí)針角度。圖2.5顯示了每個繞組的相圖的順序傳導(dǎo)。 (a) (b) (c) (d)圖2.4 開關(guān)順序及定子磁場旋轉(zhuǎn)示意圖圖2.5 各相繞組的導(dǎo)通示意圖2.3 無刷直流電動機(jī)本體2.3.1 電動機(jī)定子無刷直流電動機(jī)通過定子是由許多硅層和軸向沖壓，紅槽都有一些繞組的線圈形式。從

19、傳統(tǒng)意義上講，無刷直流電動機(jī)定子感應(yīng)電動機(jī)定子和有些類似，但在定子繞組分布有所不同。無刷直流電動機(jī)的定子繞組有三種大多數(shù)行是明星，每個繞組和許多鋼構(gòu)件按照內(nèi)部整合，具有一定的方式，一個約一磁極偶數(shù)形成了定子繞組均勻分布。直流有刷與無刷直流比繞組在電機(jī)定子一側(cè)傳統(tǒng)電機(jī)，更利于散熱。 電樞繞組可直接連接或，如圖2.6所示，但考慮到系統(tǒng)的性能和成本獲得更多的應(yīng)用，也沒有中性點(diǎn)對稱的三相無刷直流電動機(jī)的線索。 圖2.6 繞組形式無刷直流電動機(jī)定子繞組可分為梯形和正弦繞組兩種，它們的根本區(qū)別在于不同的繞組連接以使它們產(chǎn)生的反電動勢（EMF）的不同，梯形和正弦波人出席，所以使用這個名字。梯形和正弦繞組反電

20、勢產(chǎn)生由圖2.7所示的波形。本文認(rèn)為正弦永磁同步電機(jī)是電機(jī)繞組。圖2.7 a) 梯形繞組的反電勢波形 b)正弦繞組的反電勢波形可想而知順利正弦波清盤它，并作為一個相對比較適合的梯形線圈數(shù)目穩(wěn)定運(yùn)行。然而，正弦繞組線圈作出更多的梯子上的銅繞組線更相對的使用，以及控制方法也大大高于梯形波電機(jī)復(fù)雜。因此，電機(jī)的運(yùn)行速度非常高的精度不高的場合，梯形波無刷直流電動機(jī)這是一個非常合適的選擇。2.3.2 電動機(jī)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子與N極和圍繞著的轉(zhuǎn)子（內(nèi)轉(zhuǎn)子式）的組成根據(jù)S極交替2-8永久磁鐵對，如果外轉(zhuǎn)子式永磁無刷直流電機(jī)是連接到轉(zhuǎn)子墻壁上。當(dāng)前轉(zhuǎn)子釹鐵硼永磁多采用高矯頑力，高剩磁感應(yīng)強(qiáng)度稀土永磁材料生產(chǎn)

21、。永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子刷直流電動機(jī)類似用磁石，創(chuàng)造了在電機(jī)氣隙磁場足夠，只是在反安裝的形式。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，有三種常見形式：（1）表面膠極點(diǎn)（也稱為W形磁極已知），在外面的瓦形稀土永磁徑向磁化核心粘貼。如果電機(jī)設(shè)計(jì)過程中采用徑向瓦形磁體的磁激發(fā)弧寬度和取120多個，電度，可產(chǎn)生氣隙磁通密度的方波形式，減少了轉(zhuǎn)矩脈動。多轉(zhuǎn)子無刷直流電動機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)。（2）嵌入式極點(diǎn)（也被稱為矩形柱），是嵌在一個長方形的永久磁鐵的核心，其優(yōu)勢是非常下，從兩極由鄰居提供并行通量的聚合物可提供磁效應(yīng)更大的流量，但這種結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行一次磁化不銹鋼軸。（3）圓形磁場核心，是一個整體，外套稀土永磁環(huán)和一個多極徑向磁化環(huán)形磁鐵的特

22、殊方法。這種對轉(zhuǎn)子制造工藝結(jié)構(gòu)是相對較小的尺寸和電機(jī)功率簡單。2.3.3 有關(guān)電機(jī)本體設(shè)計(jì)的問題定子和轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)本體的統(tǒng)稱。車身結(jié)構(gòu)和永磁同步電動機(jī)相似，但沒有其他籠繞組和起動裝置，定子繞組一般制成多相，三相，四相沒有相應(yīng)的較自由以不超過一臺電機(jī)，是比較少見;由永磁轉(zhuǎn)子，形成了極對若干人。電動機(jī)本體的設(shè)計(jì)是一個非常復(fù)雜的過程，其基本任務(wù)是根據(jù)給定的等級和基本技術(shù)性能要求，選擇合適的材料，確定了電網(wǎng)電機(jī)零件尺寸，并計(jì)算其性能，以滿足在材料的儲蓄，制造方便，性能良好的要求，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。本體設(shè)計(jì)了許多內(nèi)容，包括電磁設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。本文只對極的討論，這背后的模擬有很大

23、的影響數(shù)選擇簡要介紹。極數(shù)的選擇應(yīng)考慮性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。下圖顯示的兩極，四極，八極和（p值=1,2,4）在無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子體結(jié)構(gòu)圖。圖2.8 本體機(jī)構(gòu)示意一般在P極對數(shù)的增加，可以減少每極，定子軛和基地橫截面積通量可以相應(yīng)降低，從而減少了電機(jī)鐵量;終止定子繞組的一部分，將增加與減少極數(shù)，因此，相同的電流密度，降低繞組銅量;的極點(diǎn)在定子繞組電感相應(yīng)減少，數(shù)量增加有利于電子設(shè)備減刑。此外，當(dāng)極數(shù)的增加，制造過程的復(fù)雜性已經(jīng)改變，極數(shù)的增加，考慮到漏磁不能過于極端，極弧系數(shù)下降，使電機(jī)原材料的利用率下降;增加極數(shù)相同，速度，電子設(shè)備在減刑數(shù)量增加，從而增加了減刑的損失。當(dāng)電流密度為常數(shù)，銅消費(fèi)在大多數(shù)

24、年份定子繞組的數(shù)量增加。通用汽車與極數(shù)增加了效率。因此，合理選擇根據(jù)電機(jī)的極對的需要。3 轉(zhuǎn)子位置檢測無刷直流電動機(jī)采用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)直流電機(jī)代替，所以有必要逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測裝置的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)“換相”的過程。轉(zhuǎn)子位置檢測方法主要分為兩類。3.1 位置傳感器檢測法在位置傳感器無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁檢測在劇中桿位，為邏輯開關(guān)電路提供關(guān)于減刑的作用正確的信息，轉(zhuǎn)子磁極位置信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枙?，然后到控制定子繞組換向。繞組換向。位置傳感器的種類很多，目前常用的無刷直流磁位置傳感器，光電傳感器，磁位置傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器的電動機(jī)。磁位置傳感器是用于測量轉(zhuǎn)子位置的電磁效應(yīng)，也有開口變壓器，鐵磁

25、諧振電路，接近開關(guān)電路和其他類型。它具有產(chǎn)量大，環(huán)保要求等質(zhì)量可靠，壽命長的優(yōu)點(diǎn)，但更大的傳感器，低信噪比，而其用于交換，為整流器一般需要，使用前過濾器的輸出波形。光電位置傳感器是利用光電效應(yīng)在與陰影部分和固定源和其他組件的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，有絕對編碼器和增量編碼器之分。它具有精度高，成本低，易加工等特點(diǎn)，而是有能力適應(yīng)窮人需要添加整形電路輸出信號處理惡劣的環(huán)境。磁位置傳感器是半導(dǎo)體的一些電氣參數(shù)的使用傳感器按照一定的規(guī)則與周圍磁場變化的原理制成?；魻栐?，磁電阻和磁二極常見的類型。在一般情況下，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，輸出信號好，成本低，但精度不高。一般來說，在多相位電機(jī)控制用變壓器，它可以輸出多個位置信號，

26、以滿足多相位電機(jī)控制的要求，但安裝是不容易的，價(jià)格比較昂貴，平均三相無刷直流電機(jī)解析很少?；魻杺鞲衅魇腔诨魻栃?yīng)原理制成?；魻栃?yīng)是指當(dāng)在一個磁場電源導(dǎo)體，磁場力使導(dǎo)體的電荷會引導(dǎo)身體方共同努力，當(dāng)通電時(shí)，薄板在磁場中的這種作用更加明顯導(dǎo)體，從而使的聚集一側(cè)的導(dǎo)線將抵消收費(fèi)，磁場效應(yīng)，由于在指揮方收取的聚集，使得對導(dǎo)體兩端電壓，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，霍爾在1879年發(fā)現(xiàn)的高血壓這一現(xiàn)象，它被命名為?？筛鶕?jù)對四端霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體元件的原則。 2組輸出霍爾電壓輸出，兩個控制端的輸入控制電流?；魻柕膶?shí)際厚度很薄，無論是在它幾微米。從大廳的結(jié)構(gòu)，它幾乎是生產(chǎn)和半導(dǎo)體元件。目前，由霍爾元件的硅制造技術(shù)

27、成熟，生產(chǎn)大批量，低價(jià)格，性能合適，但不那么廣泛的應(yīng)用。砷化鎵霍爾元件制成的最佳性能，但是高昂的價(jià)格限制了應(yīng)用。當(dāng)在磁場的變化，大小和霍爾電動勢的方向發(fā)生相應(yīng)的變化，使反應(yīng)發(fā)揮作用，霍爾傳感器位置的元素的位置。由霍爾元件產(chǎn)生的力不夠大，往往在一個外部放大器，這是非常方便的應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體集成技術(shù)的發(fā)展，將霍爾元件和放大器電路往往集成在一個單芯片，形成了霍爾集成電路。其結(jié)構(gòu)如下所示。圖3.1 霍爾集成電路這是一個簡單的開環(huán)放大器驅(qū)動輸出級。大廳的功能型，開關(guān)型線性集成電路分為二。一般位置傳感器無刷直流電動機(jī)應(yīng)選擇開關(guān)類型?；魻栐陔姍C(jī)的固定位置放置，霍爾元件安裝在定子是更為復(fù)雜，因?yàn)槿绻环胖?/p>

28、位置和轉(zhuǎn)子的磁場時(shí)，霍爾元件切線可能導(dǎo)致響應(yīng)可以精確的測量當(dāng)前位置不轉(zhuǎn)子在上述原因，為了簡化，通常在轉(zhuǎn)子上的磁鐵設(shè)計(jì)，磁感應(yīng)霍爾元件冗余，安裝電機(jī)霍爾元件的安裝，這樣可以起到和轉(zhuǎn)子磁傳感器同樣的效果，一般遵循霍爾元件的周長在印刷電路板上放置和覆蓋的監(jiān)管，使用戶可以根據(jù)磁場的方向是很方便的調(diào)整霍爾元件的位置，它在最佳狀態(tài)。在霍爾元件的位置，有60度，120度，240度等多種形式。3.2 無位置傳感器檢測法無位置傳感器無刷直流電動機(jī)控制技術(shù)的熱點(diǎn)，許多國內(nèi)和國外都進(jìn)行了這項(xiàng)研究的學(xué)者之一，并已取得初步成效。無位置傳感器無刷直流可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等，電機(jī)控制，同時(shí)模式中的地位在一定程度上克服了轉(zhuǎn)

29、矩脈動傳感器的安裝所造成的誤差。無傳感器控制的發(fā)展是因?yàn)橛邢揞~的位置傳感器無刷直流應(yīng)用程序，這主要體現(xiàn)在某些情況下電機(jī)：（1）將感應(yīng)器可能導(dǎo)致馬達(dá)尺寸增大；（2）之間的電機(jī)及控制系統(tǒng)線位置傳感器的增加，使系統(tǒng)容易受到外界的干擾；（3）位置在高溫，高壓和高濕度等惡劣的工作條件下，變化的靈敏度，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性傳感器；（4）精度高，機(jī)械安裝階段誤差不準(zhǔn)確造成了一個關(guān)于汽車性能有直接影響手術(shù)的安裝位置傳感器。因此，傳感器控制越來越多的關(guān)注，同時(shí)具有檢測，控制技術(shù)和完善的高性能微控制器的手段，無傳感器控制技術(shù)得到了迅速發(fā)展，一些技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化。根據(jù)不同的原理測試，直流無刷電機(jī)無傳感器控制方法包括

30、電磁場，磁法，歸納法，人工智能，頭發(fā)等。在無傳感器控制方法多樣，反電動勢的方法是最成熟的技術(shù)，有能力的最廣泛使用的檢測方法。通過這種方法得到將檢測反電動勢零六個離散信號的延遲信號，邏輯開關(guān)電路提供了正確的信息相30 度電角度的轉(zhuǎn)子位置，從而實(shí)現(xiàn)無位置傳感器無刷直流電動機(jī)。無刷直流電動機(jī)的反電動勢過零點(diǎn)與相應(yīng)的對易關(guān)系點(diǎn)，如圖所示。圖3.2 反電動勢控制原理還有一個考慮：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，反電動勢會比較小，過零檢測電路不能正常檢測，因此很難實(shí)現(xiàn)自啟動馬達(dá)造成的。確定轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的初始位置是穩(wěn)定的基礎(chǔ)，開始對系統(tǒng)的直接影響最大的起動轉(zhuǎn)矩和最小啟動時(shí)間。目前，無位置傳感器控制算法，轉(zhuǎn)子的

31、估價(jià)方法主要電感的初始位置。歸納法在通過特殊的短脈沖注入電壓的定子繞組，然后在一定的時(shí)間間隔，以確定各繞組之間的電感電流響應(yīng)大小，初始位置之間的差異來確定電感電機(jī)。大量的永磁磁阻繞組電感小，電感的計(jì)算方法來確定初始轉(zhuǎn)子位置和大電流的精確測量的需要。另一個轉(zhuǎn)子，由繞組通電法特定項(xiàng)目的位置，電機(jī)轉(zhuǎn)子固定在預(yù)定位置，這將轉(zhuǎn)換一個未知的轉(zhuǎn)子立場是眾所周知的。轉(zhuǎn)子定位方法使用簡單，但在整個啟動過程中，未知前開始的轉(zhuǎn)子初始位置，電機(jī)期間可能出現(xiàn)的反向電流高，定位。防啟動本方法電位控制方法有：三步啟動法，預(yù)位起動法或頻率升壓同步起動法，電壓插Start方法。無傳感器控制方法可以簡化生產(chǎn)成本的節(jié)約。此外，霍爾

32、元件的移除，如汽車，都可以在比較大的灰塵和油安裝更惡劣的工作，而不需要確保大廳條件下正常工作時(shí)間來清除在同一時(shí)間，這免維護(hù)電機(jī)也可安裝在一個很難到達(dá)的地方。4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求（1）通過可編程控制器，專用芯片和微處理器幾種不同的分析和方案的性能比較控制，建立了數(shù)字信號處理器DSP作為無刷直流伺服電機(jī)控制系統(tǒng)解決方案的核心集。（2）從性能和實(shí)用性的角度，為核心的數(shù)字信號處理器，具有模塊化和數(shù)字化設(shè)計(jì)，一個基于DSP的無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的建立進(jìn)行。（3）扭矩的無刷直流電動機(jī)，位置檢測，并開始從硬件和軟件的問題，紋波了相應(yīng)改善。（4）在無刷直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，原理及數(shù)學(xué)模型分析的基

33、礎(chǔ)上，我們使用Matlab的無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)建模和仿真，仿真結(jié)果的分析。4.1.1 系統(tǒng)總體框架該設(shè)計(jì)的目的是無位置傳感器無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理如下：有效的反饋對正常的反電動勢檢測電路的三相逆變器的轉(zhuǎn)速信號通過ADC轉(zhuǎn)換模塊，測試信號輸入微處理器的速度，計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，參考速度是速度誤差信號，由控制器參考電流的速度獲得，而從目前的樣本，通過控制電流控制器輸出的PWM脈沖，相應(yīng)的三相逆變器控制控制裝置關(guān)閉橋的時(shí)間和順序，以實(shí)現(xiàn)無刷直流電動機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)采用雙層結(jié)構(gòu)，其框圖如圖4.1所示。速度控制器電流控制器PWM發(fā)生器三相逆變器速度計(jì)算位置控制信 號A

34、DC模塊反電動勢檢測BLD CM電流采樣速度反饋參考電流參考速度圖4.1 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)原理圖4.2 主電路供電方案選擇圖4.2顯示了電網(wǎng)電壓一般為三相交流逆變橋直流電源設(shè)備通常是由交流電網(wǎng)驅(qū)動是由二極管整流器和濾波大電容使用，以便獲得一個恒定的直流電壓，而電感性負(fù)載電容的無功功率的能量存儲緩沖區(qū)。圖4.2 直流電源設(shè)計(jì)原理圖圖4.3 三相橋式不控整流電路原理圖基于PWM變換器的濾波電容，其作用除了濾波，也有電機(jī)剎車時(shí)的運(yùn)行系統(tǒng)中的作用動能吸收。由二極管整流直流電源供應(yīng)不能背面的電源，馬達(dá)剎車已收取的濾波電容，這將增加電容兩端的電壓，稱為“泵升電壓”。電力電子設(shè)備限制了最大泵壓電壓上升，

35、所以能不能非常小，通常的發(fā)電能力為速度控制系統(tǒng)，需要成千上萬的微幾千瓦。在大容量或負(fù)荷較大的系統(tǒng)的慣性不能依靠泵電容來限制電壓上升，那么，在圖4.4可以用于鎮(zhèn)流電阻消耗的動能的一部分。由電壓并聯(lián)電路開關(guān)器件允許在泵的價(jià)值時(shí)，連接上升。圖4.4 泵升電壓限制電路原理圖由于這種設(shè)計(jì)，電路仿真，Simulink在電力系統(tǒng)模型庫（電氣系統(tǒng)模塊庫）模型庫的MATLAB / Simulink仿真平臺，提供直流，交流電源模塊的結(jié)果，因此模擬電路設(shè)計(jì)，直流電源，可直接三個階段中使用，而不是不可控整流的直流電源。4.3 無刷直流電機(jī)電子換相器一般直流電動機(jī)，電樞繞組設(shè)備有一個到另一個分支類型，電流和電動勢元素分

36、公司必須改變方向。繞組分力的方向轉(zhuǎn)變，由蜿蜒的旋轉(zhuǎn)電樞側(cè)的組成要素依次切割定子磁極N極和S直接，蜿蜒曲折，通過改變刷到設(shè)備和元件的方向改變當(dāng)前整流器組成的機(jī)械（設(shè)備）來完成。直流電壓為的是有一些人存在的一般性缺點(diǎn)消除電機(jī)電子開發(fā)的，而不是機(jī)械的無刷直流電機(jī)換相換向，基本上是由電動馬達(dá)的身體，電源開關(guān)的主電路和轉(zhuǎn)子磁極位置傳感器由三部分組成的閉環(huán)系統(tǒng)。在這里，被稱為無刷直流電動機(jī)的基本制度。該電源開關(guān)電路，轉(zhuǎn)子位置傳感器及相關(guān)電子電路的基本制度結(jié)合在一起的電機(jī)換向器。其主要職能是確保在操作過程中的無刷直流，定子和轉(zhuǎn)子磁場電機(jī)基本上正交既提高經(jīng)營業(yè)績。位置傳感器，電源開關(guān)已在上一節(jié)所述，所以這里只

37、涉及到無刷直流電動機(jī)定子繞組換相之間的方法和特點(diǎn)，作為無刷直流電動機(jī)定子繞組最，各種連接定子三相繞組，以突出的三相繞組。4.3.1 三相半控電路通用三相半橋式驅(qū)動電路如圖4.5。這La、Lb、Lc分別是A，B，C三相繞組，為T1，T2，因?yàn)檫@些設(shè)備都連接到電機(jī)相繞組功率T3航站樓。轉(zhuǎn)子位置由Ha、Hb、Hc傳感器信號，經(jīng)放大后開始，然后控制電機(jī)功率器件換向。在減刑的過程中，空氣中的差距形成的旋轉(zhuǎn)磁場每個階段的定子繞組是在一個電源周期，每120°相位角的飛躍。因此，三相半橋式無刷直流電動機(jī)驅(qū)動器用于驅(qū)動元件少，成本低，簡單的控制系統(tǒng)控制，但扭矩的波動，電機(jī)繞組的使用率偏低的使用，每個繞

38、組通電的1 / 3的周期時(shí)間，轉(zhuǎn)矩波動，Tm / 2作業(yè)流程，Tm和無刷直流電機(jī)需要的電源線導(dǎo)致中性線，以及控制反轉(zhuǎn)是比較困難的。因此，在實(shí)際應(yīng)用中較少使用的驅(qū)動程序。圖4.5 三相半橋式驅(qū)動電路4.3.2 三相全控電路圖4.6 全控橋電路圖4.6是一個完全控制的電橋電路，電機(jī)繞組為Y連接。為六管MOSFET的功率器件，從繞組切換的目的。他們的傳導(dǎo)方式可分為兩到三三傳導(dǎo)傳導(dǎo)兩種方式。(1)兩電之間的每一刻是另兩個功率器件關(guān)，每1/6的換向周期，一旦一個功率晶體管，每個階段，每個功率管轉(zhuǎn)120度角的功率器件換流的方法。 T1和T2的功率晶體管T1的輪流纏繞管道，然后從由T2的背面的電源繞組C相上

39、進(jìn)行的，從A相電流流動。如果到由繞組電流產(chǎn)生的扭矩設(shè)定為正，從繞組的電流產(chǎn)生的負(fù)面扭矩，其合成轉(zhuǎn)矩，鉭的大小。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)動60度角，由在T1至T2的的T2至T3的力量轉(zhuǎn)化為電能，從T3的繞組B相繞組從C時(shí)，T2的重新掌權(quán)，然后再相電流流過的力矩合成，對鉭的大小相同，但合成方向待定的扭矩轉(zhuǎn)向60度角。然后，每次改變一個功率管的階段，合成轉(zhuǎn)矩矢量方向轉(zhuǎn)60度的電角度，但電訊局長的大小保持不變。因此，無刷直流電機(jī)，每個繞組的三相半控具有相同的電流，全控型三相星形接線電路的電路相同，兩起案件之間的減刑，扭矩增加了大時(shí)代的合成。每60度角的第一動力，每個功率管供電120度，240每個繞組通電時(shí)，它是相對

40、功率和120度逆功率度。三相全控的轉(zhuǎn)矩脈動電路相比，小得多的三相半控，只能從0.87Tm到TM。(2)三三的力量，就是每一刻權(quán)力有三個在同一時(shí)間管首次打開時(shí)，每個功率管供電180度每60度。令他們上T1T2T3，T2T3T4，T3T4T5，T4T5T6，T6T1T2，TIT2T3。當(dāng)T6T1T2打開從管T1的相繞組，電流流A時(shí)，B相和C相繞組（其中B和C兩相平行繞組）是從T6和T2的了。然后流經(jīng)蜿蜒相繞組B相和C相電流流動的其合成轉(zhuǎn)矩1.5一半大小。經(jīng)過60度電角度，換到T1T2T3權(quán)力，即先關(guān)閉T6的T3的（請注意，我們必須先關(guān)閉，然后通過T6的T3的，或T6和T3的同時(shí)將會有力量，電源是T

41、3和T6的短路，這是絕對不允許的）。當(dāng)電流從T1和T3流量，A相和B相繞組，然后到C相（相當(dāng)于一個階段，同時(shí)乙）繞組，T2的外流。其方向和C語言相同，轉(zhuǎn)向60度，規(guī)模還是1.5Ta。經(jīng)過60度角，然后，通電后，權(quán)力的T1T2T3，然后等在這種電源模式，每一個時(shí)刻有三種電源管理權(quán)。一次每60度的變化，有一個功率管的每個方向，每個功率管的180度電。4.4 無刷直流電機(jī)的基本方程三相無刷直流雙極電機(jī)用一個例子來說明建立了數(shù)學(xué)模型的過程。從整個繞組，轉(zhuǎn)子凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，三個霍爾元件在太空中相距120度，放在濃度對稱Y型連接的定子繞組。在此基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)，其他作出以下假設(shè)，以簡化分析過程：（1）忽略不計(jì)的

42、電機(jī)鐵芯渦流損耗和磁滯損耗飽和；（2）不包括電樞反應(yīng)，呼吸那就是平場約120度的梯形波電角度分布寬度；（3）忽略了齒槽效應(yīng)在電樞導(dǎo)體表面，電樞連續(xù)均勻分布；（4）驅(qū)動系統(tǒng)逆變功率器件和續(xù)流二極管是理想的功能開關(guān)?？傻萌嗬@組電壓平衡方程為： (4-1)式中：ua ub uc為定子繞組相電壓(V)ia ib ic為定子繞組相電流(A)ea eb ec為定子繞組相電動勢(V)P 微分算子P=L為每相繞組的自感(H)M為每兩相繞組的互感(H)由于轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子的位置變化而變化，因此，定子繞組的自感和互感為常數(shù)當(dāng)三相繞組為Y連接，并且沒有中線時(shí)，則有：ia+ib+ic=0Mib+Mic=-Mia將式

43、式代入式可得電壓方程為： (4-2)電磁轉(zhuǎn)矩為：Td=(eaia+ebib+ecic) (4-3)式中：為電機(jī)的角速度(rad/s)在通電期間，直流無刷電動機(jī)的帶電導(dǎo)體處于相同的磁場下，各相繞組的感應(yīng)電動勢為： (4-4)式中：pm為極對數(shù)N為總導(dǎo)體數(shù)m為主磁通n為電動機(jī)轉(zhuǎn)速從變頻器的直流端看，Y型聯(lián)結(jié)的無刷直流電機(jī)的感應(yīng)電動勢E。由兩相繞組經(jīng)逆變器串聯(lián)組成，所以有 (4-5)因此，電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可化為： (4-6)式中：Id為方波電流的幅值為電機(jī)的角速度，由式(4-5)可以看出，直流無刷方波電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式與普通直流電機(jī)相同，其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流的幅值成正比，所以控制逆變器輸出方波

44、電流的幅值即可控制直流無刷方波電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。另外電動機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方程為： (4-7)進(jìn)一步化簡可得 (4-8)式中：為負(fù)載轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量為粘滯阻尼系數(shù)由于本系統(tǒng)采用120°型三相逆變器，任一時(shí)刻只有兩相通電，直流無刷方波電機(jī)的輸出相電壓幅值為，因此，對于每相繞組有如下動態(tài)方程式： (4-9)式中：為電源電壓忽略粘性摩擦，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為： (4-10)由式(4-9)可得： (4-11)對式(4-8)和式(4-10)兩邊分別進(jìn)行拉式變換后得： (4-12) (4-13)聯(lián)合式(4-12)和式(4-13)，并考慮到，得到直流無刷方波電機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖4.7所示。圖4

45、.7 直流無刷方波電機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖4.5 逆變電路的選擇PWM速度主要采用脈寬調(diào)制器電路控制系統(tǒng)，簡稱為PWM的轉(zhuǎn)換器。 PWM脈沖寬度調(diào)制轉(zhuǎn)換器是用來作為直流斬波器。PWM變換器的不可逆和可逆的兩大類：逆變器有雙極，單極型和有限單極式等多種電路。本設(shè)計(jì)采用有限單極控制方法。如下圖所示，當(dāng)兩幫一兩個屬于不同的逆變器上的開關(guān)設(shè)備，該設(shè)備始終在上方的導(dǎo)通狀態(tài)是開啟橋臂功率范圍功率，而該裝置的底部是由PWM控制定期的狀態(tài)。這種控制方法可以減少開關(guān)損耗時(shí)，電機(jī)電流小，但不會有不連續(xù)電流的現(xiàn)象。圖4.8 逆變電路控制器設(shè)計(jì)：由于本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是無刷直流電動機(jī)驅(qū)動方式和仿真，使控制器的設(shè)計(jì)將在下一章介紹了用

46、Matlab仿真。4.6 基于MC33035的無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)4.6.1 MC33035無刷直流電動機(jī)控制芯片以前沒有能夠無刷直流電動機(jī)霍爾傳感器檢測信號的解碼位置，具有過流，過熱，電壓，輔助功能的芯片，因此使用分立元件最初大型模擬電路設(shè)計(jì)的電機(jī)控制專用控制雙向選擇，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)試非常復(fù)雜，占用了大面積的電路板。嵌入式控制器與電機(jī)是不可能的。后來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，它開發(fā)出了各種無刷電機(jī)控制芯片，如MC33035，TB6537P等。MC33035下面描述的基本工作原理和應(yīng)用。MC33035是一種高性能的第二代單片無刷直流電動機(jī)控制器，它包含三個或四個階段的開環(huán)的所有必要和有效的

47、功能控制。該設(shè)備是一個轉(zhuǎn)子的整流序列解碼器可提供良好的傳感器電源和溫度補(bǔ)償，頻率可編程的鋸齒波振蕩器，三個集電極開路的頂級車手的參考電壓，以及三個非常為驅(qū)動大電流推挽驅(qū)動MOSFET功率級適合。MC33035的功能包括開環(huán)速度控制，前進(jìn)或后退，允許運(yùn)行和阻尼剎車。MC33035的設(shè)計(jì)與操作60°/300°或120°/240°電傳感器的三相無刷電機(jī)，并能有效地控制刷直流電動機(jī)。MC33035管腳定義如下圖所示：圖4.9 MC33035管腳定義MC33035的內(nèi)部監(jiān)控三大傳感器的輸入，使該系統(tǒng)能夠提供高端和低端驅(qū)動器正確地輸入了正確的時(shí)機(jī)轉(zhuǎn)子位置解碼器。傳感

48、器直接輸入開放集電極霍爾效應(yīng)開關(guān)或光纖耦合器相連。此外，該電路還包括上拉電阻，輸入閾值通常為TTL電平兼容為2.2V。與MC33035系列三相馬達(dá)控制可以在下一階段工作的四個傳感器最常見的。MC33035提供60°/120°選擇MC33035可以很容易地與一個60度，120度，240度或300度的傳感器相位電機(jī)控制。這三個傳感器輸入八個輸入碼，這是有效的轉(zhuǎn)子位置六，其他兩個組合是無效的編碼可能的組合。通過六個有效輸入解碼器的代碼可以使用在窗口電氣階段的60度來區(qū)分的轉(zhuǎn)子位置。MC33035無刷直流電動機(jī)控制器正向/反向轉(zhuǎn)動的定子繞組的電壓來改變方向輸出。當(dāng)輸入狀態(tài)變化，傳感

49、器輸入編碼從指定的前高后低，從而改變整流時(shí)序改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。電機(jī)開/關(guān)通過輸出控制使能實(shí)現(xiàn)，當(dāng)該引腳是開放的，連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻將開始在該驅(qū)動器的輸出時(shí)序頂部和底部。當(dāng)該引腳接地，頂部驅(qū)動輸出將關(guān)閉和底部的驅(qū)動力低，使電機(jī)停止。4.6.2 基于MC33035的無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)MC33035構(gòu)成的無刷直流電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，如圖3-7所示。在為MOSFET，電源開關(guān)設(shè)備，在任何給定轉(zhuǎn)子位置一個數(shù)字，而只有一只胳膊和腿下橋開關(guān)打開，兩個轉(zhuǎn)屬于不同的圖騰柱管。此開關(guān)結(jié)構(gòu)允許的定子繞組和地面之間的電壓，使電流可以夾在兩個方向流動的兩端?？赡軙霈F(xiàn)在電流波形的峰值，這個峰值電流限制保

50、護(hù)將導(dǎo)致故障，所以在外部RC濾波器的電流檢測引腳必須防止這種情況發(fā)生。圖4.10 開環(huán)控制電路圖4.11 閉環(huán)控制電路MC33035本身只能用于開環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)速度控制，MC33035要求輸入電壓成正比，電機(jī)的轉(zhuǎn)速，一般來說，這可以由電機(jī)轉(zhuǎn)速測速反饋電壓來實(shí)現(xiàn)的。圖3.8使用MC33039，MC33039，MC33035到6.25V的參考電平（引腳8）電源。MC33039可以生成而不需要昂貴的測速反饋電壓的需要。MC33035轉(zhuǎn)子位置作為一個霍爾傳感器輸出信號的解碼，也可以由MC33039使用。在網(wǎng)上任何一個傳感器，對于每一個積極和消極的過渡霍爾傳感器，該MC33039可以產(chǎn)生一定程度和持

51、續(xù)時(shí)間的脈搏，R1和電容C1確定外部電阻器的參數(shù)。在MC33039 MC33035輸出引腳爆波5積分誤差放大器產(chǎn)生一個分支的水平，水平與電機(jī)的速度和成正比。這個速度是成正比的MC33035電機(jī)控制PWM引腳13的水平，建立參考電壓，并反饋閉環(huán)。MC33035輸出功率MOSFET驅(qū)動器相橋式逆變器。當(dāng)電機(jī)啟動制動和轉(zhuǎn)向的變化可能產(chǎn)生大電流。5 無刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的MATLAB仿真MATLAB是作為一種編程語言的編程提供了矩陣運(yùn)算和操作，和功能強(qiáng)大的各種圖形的基本單位矩陣，是目前最流行的電腦輔助控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件。數(shù)學(xué)工程1992年，公司推出的交互式模型輸入SIMULINK的仿真環(huán)境，它可能采取一

52、系統(tǒng)框圖或差分方程模擬。SIMULINK的電力系統(tǒng)將鏈接庫（電力系統(tǒng)模塊庫），它可以使其實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的模擬。在這一章中，無刷直流電動機(jī)控制系統(tǒng)將是分析控制器，無刷直流電機(jī)換相過程和邏輯控制為重點(diǎn)，采用Matlab Simulink仿真的實(shí)驗(yàn)終于。圖5.1Simulink的直流無刷電機(jī)的仿真框圖。這種設(shè)計(jì)是一種單閉環(huán)可逆直流無刷電機(jī)驅(qū)動器的速度，該模型無刷直流電動機(jī)，逆變橋，轉(zhuǎn)子位置譯碼器，語音識別，控制電平轉(zhuǎn)換器和PWM波形發(fā)生器等主要部分。其基本工作原理為一個給定的速度（速度給定）和速度（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）輸入到后來的減法的ASR（調(diào)速器）來計(jì)算控制信號輸入到控制電平轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生一個PWM發(fā)生器給

53、定的信號，最后輸入PWM波與霍爾信號和邏輯運(yùn)算的速度解碼器產(chǎn)生錯誤信號逆變橋開關(guān)器件的控制信號，實(shí)現(xiàn)了可逆的無刷直流電動機(jī)速度控制。為轉(zhuǎn)子的位置解碼器，ASR和PWM波形發(fā)生器，管理水平的轉(zhuǎn)換器最關(guān)鍵的部分之一，下面的說明將集中在這些設(shè)計(jì)的一些原則。圖5.1 無刷直流電機(jī)仿真5.1 電源、逆變橋和無刷直流電機(jī)模型功率從在Simulink SimPower系統(tǒng)的直流電源模塊直接，電壓為450V。逆變器采用Uinversal Bridage（通用逆變橋），這可用于整改模塊也可用于變頻器，特別是與電流方向有關(guān)。顯然，設(shè)計(jì)為逆變器，具體設(shè)置為橋臂，采用功率MOSFET電力電子設(shè)備使用。G端子功能模塊6

54、電源設(shè)備接收數(shù)字通信指導(dǎo)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5.2 Universal Bridge模塊結(jié)構(gòu)無刷直流電動機(jī)模型：在MATLAB中，無刷直流電機(jī)模型，可與Simulink電感，電容及數(shù)學(xué)模型的仿真模型提供的其他電路元件也可用于模擬S-函數(shù)編程。本設(shè)計(jì)采用直接Simulink的SimPowerSystems的機(jī)在永磁同步電機(jī)（永磁同步電動機(jī)）模塊，提供給設(shè)置反電動勢波形為梯形波無刷直流電動機(jī)模型。電機(jī)參數(shù)設(shè)置如圖5.3。其具體含義為：Stator phase resistance Rs:定子相電阻2.8750Stator phase inductance Ls:定子相電感0.0085HFlux

55、 linkage established by magnets：磁鏈常數(shù) Voltage constant：電壓常數(shù)Torque Constant：轉(zhuǎn)矩常數(shù)Back EMF flat area:反電動勢平頂寬度120度電角度Inertia，fiction factor and pole pairs:轉(zhuǎn)動慣量0.8e-3kg.m2，摩擦系數(shù)1.98e-3N.m.s，極對數(shù)4在此參數(shù)條件下，可知當(dāng)直流電壓為450V，電機(jī)采用三相兩兩通電驅(qū)動方式，空載轉(zhuǎn)速為3000rpm左右。圖5.3 電機(jī)參數(shù)設(shè)置5.2 換相邏輯控制模塊這個模塊是三個霍爾傳感器信號和PWM信號和組合解碼錯誤信號生成速度逆變橋開關(guān)器件的控制信號，從而實(shí)現(xiàn)對逆變橋控制和無刷直流電機(jī)單極的SR限制型。此模塊