摘要 隨著 DSP 技術(shù)的發(fā)展， DSP 的應(yīng)用范圍越來越廣，并且伴隨著數(shù)字化的發(fā)展，對(duì)電機(jī)的控制的精度要求越來越高， DSP 數(shù)字化處理能力也得到了質(zhì)的飛躍。所以學(xué)會(huì)應(yīng)用 DSP時(shí)非常重要的。 本文詳細(xì)討論了無刷直流伺服電機(jī)，并推述星形接法的數(shù)學(xué)模型，并設(shè)計(jì)了數(shù)字控制無刷直流伺服電機(jī)總體方案，本文采用 PID 控制方法來控制電機(jī)，詳細(xì)介紹了 PID 控制算法。 對(duì) DSP 種類進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并選擇以 TMS320F2812 為基準(zhǔn)構(gòu)建硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)了 DSP 供電電源設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)， PWM 光電耦合隔離電路的設(shè)計(jì)，電流的采樣電路的 設(shè)計(jì)，對(duì) DSP 進(jìn)行保護(hù)電路的保護(hù)電路的設(shè)計(jì)等。 在 CCS 環(huán)境下，對(duì)程序進(jìn)行編輯，編寫 PID 控制算法程序，對(duì)系統(tǒng)的初始化，編碼器模塊初始化，捕捉模塊的初始化， SCI 模塊的初始化，以及對(duì)數(shù)字濾波進(jìn)行編程。 關(guān)鍵詞： DSP； CCS； PWM；無刷直流伺服電機(jī) Abstract With the development of DSP technology, DSP application scope is more and more wide. With the development of digital control is higher and higher, The ability of digital handle has own a qualitative leap.So learn to apply DSP is very important. This paper discusses the brushless DC servo motor in detail .The paper describes the mathematical model of the star connection. I designed the general planning of digital control the brushless DC servo motor, this paper adopts the PID control method to control the motor and introduces the PID control in detail. First the article introduces the DSP types simply and select the hardware platform what is based on TMS320F2812 .I designed the DSP power supply. I designed the drive circuit and the PWM photoelectric coupling isolation circuit.I also designed the sampling circuit and the current of protection .At last I designed the protection circuit. In the CCS environment, I edited the program and written in PID control algorithm.I also completed the initialization of system,the initialization of encoder module , the initialization of capture module ,the initialization of SCI module , and programming of the digital filter. Keywords: DSP； CCS； PWM； brushless DC servo motor 目 錄 摘要 . I Abstract . II 目 錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 . 1 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 2 2 電機(jī)的選擇及其結(jié)構(gòu) . 3 2.1 步進(jìn)電機(jī) . 3 2.3 選擇電機(jī) . 5 2.4 本章小結(jié) . 5 3 無刷直流電機(jī)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 . 6 3.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) . 6 3.2 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)的位置檢測(cè)裝置 . 6 3.2.1 霍爾傳感器 . 7 3.2.2 定子繞組連接方式 . 7 3.2.3 開關(guān)管控制方法 . 9 3.3 無刷直流電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型 . 10 3.4 本章小結(jié) . 11 4 控制方案的總體設(shè)計(jì) . 12 4.1 控制方案的框圖簡(jiǎn)介 . 12 4.2 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的方法 . 12 4.2.1 數(shù)字 PID 控制算法 . 13 4.2.2 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)的方法 . 14 4.2.3 工程設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器的步驟 . 14 4.3 PWM 信號(hào)產(chǎn)生技術(shù) . 14 4.4 編碼器 . 15 4.5 電機(jī)相電流檢測(cè)技術(shù) . 17 4.6 本章小結(jié) . 17 5 DSP 的選擇及相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì) . 17 5.1 DSP 芯片 TMS320F2812 的特點(diǎn) . 18 5.2 控制硬件的設(shè)計(jì) . 18 5.3 DSP 外圍電路的設(shè)計(jì) . 19 5.3.1 電源的設(shè)計(jì) . 19 5.3.2 DSP 的晶體振蕩器接口電路 . 19 5.3.3 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì) . 20 5.3.4 JTAG 電路的設(shè)計(jì) . 20 5.3.5 異步串行接口（ SCI）硬件 的設(shè)計(jì) . 21 5.3.6 CAN 總線接口硬件設(shè)計(jì) . 22 5.4 功率驅(qū)動(dòng)逆變電路的設(shè)計(jì) . 22 5.4.1 IR2130 芯片具有以下一些特點(diǎn) . 22 5.4.2 IR2130 結(jié)構(gòu)原理圖 . 23 5.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) . 24 5.5.1 自舉電容的選擇和計(jì)算 . 25 5.5.2 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)隔離電路 . 25 5.6 霍爾傳感器信號(hào)電路 . 27 5.7 正交編碼脈沖信號(hào)電路 . 28 5.8 控制器保護(hù)電路設(shè)計(jì) . 28 5.9 本章小結(jié) . 30 6 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 31 6.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 . 31 6.2 軟件的設(shè)計(jì) . 31 6.3 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 CCS . 31 6.4 主程序的設(shè)計(jì) . 32 6.4.1 系統(tǒng)初始化模塊 . 37 6.4.2 事件管理器模塊 . 38 6.4.3 捕捉模塊（ cap） . 39 6.4.4 QEP 正交編碼器脈沖電路 . 40 6.4.5 ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 . 41 6.4.6 SCI 模塊 . 42 6.4.7 PID 算法流程圖如所示 . 44 6.4.8 電流采樣數(shù)字濾波 . 45 6.5 本章小結(jié) . 46 7 結(jié)論與展望 . 47 7.1 結(jié)論 . 47 7.2 不足之處及未來展望 . 47 致 謝 . 47 參考文獻(xiàn) . 48 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越來越復(fù)雜，系統(tǒng)控制的要求也越來越高。電動(dòng)機(jī)控制越來越 多的應(yīng)用電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)，電動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制具有數(shù)值運(yùn)算，邏輯判斷及信號(hào)處理功能。 DSP 有為實(shí)現(xiàn)某一具體特定功能設(shè)計(jì)的不可編程 DSP，如 FFT 變換器；還有可以通過實(shí)現(xiàn)編程實(shí)現(xiàn)不同的信號(hào)處理功能，具有通用性和靈活性的可編程 DSP。 可編程 DSP 作為面向信號(hào)處理任務(wù)和計(jì)算型任務(wù)器件，既可以單獨(dú)應(yīng)用，又可以和其他的處理器或多個(gè) DSP 一起，構(gòu)成多處理器系統(tǒng)，使用靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 DSP 控制電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：靈活性好，實(shí)時(shí)性好，存儲(chǔ)能力強(qiáng)，邏輯運(yùn)算能力強(qiáng)，精度高，穩(wěn)定性好，可靠性高，具有自診斷能力 ，抗干擾性強(qiáng)，功能多。 DSP 控制無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微型處理器的發(fā)展，其運(yùn)算速度及信息量的處理及可靠性和穩(wěn)定性有了很大的提高，單片機(jī)以數(shù)字控制能力強(qiáng)為特點(diǎn)，但只能處理簡(jiǎn)單的系統(tǒng)。 DSP 以運(yùn)算速度快為顯著特點(diǎn)。如今電機(jī)控制對(duì)控制器要求有強(qiáng)大的 I/O 控制功能，又要求控制器有高效的數(shù)字信號(hào)處理能力以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的目的。如今 DSP 價(jià)格不斷降低且開發(fā)工具不斷的簡(jiǎn)化，易于開發(fā)者使用。使得如今在實(shí)現(xiàn)控制高要求的同時(shí)，其使用成本也不斷降低。 1.2 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 DSP 芯片誕生于 20 世紀(jì) 70 年代末 ，至今已經(jīng)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，目前經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。 第一階段， DSP 的產(chǎn)生階段（ 20 世紀(jì)）。 DSP 芯片出現(xiàn)之前，數(shù)字信號(hào)的處理是依靠通用微處理器（ MPU）來完成。由于通用微處理器的處理速度較低，難以滿足實(shí)時(shí)高速處理的要求。由于具有內(nèi)部單周期的乘法器，使得芯片的運(yùn)算速度與數(shù)據(jù)處理能力及運(yùn)算精度受到了很大的限制。 TI 公司的第一代 DSP 芯片 TNS32010，它通過改進(jìn)哈佛結(jié)構(gòu)，允許程序存儲(chǔ)空間與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間之間的數(shù)據(jù)相互傳輸，大大提高了運(yùn)算速度和編程的靈活性。 第二階段， DSP 的成熟階段（ 20 世紀(jì) 90 年代） ，這個(gè)時(shí)期，國(guó)際上許多著名集成電路公司都相繼推出了自己的產(chǎn)品。如 TI 公司的 TMS320C20， 30， 40 系列 ,AT&T 公司的 DSP32等。 DSP 成熟階段的 DSP 器件在硬件結(jié)構(gòu)上相比于 DSP 雛形階段更加適合對(duì)數(shù)字信號(hào)處理，新加了進(jìn)行硬件乘法功能，硬件傅里葉變換功能和單指令濾波處理功能，單指令的周期是 80-100ns。如 TI 公司的 TMS320C20，它是該公司推出的第二代 DSP 處理器，采用了CMOS 的制造工藝，使得 DSP 的的運(yùn)算能力和速度，以及他的儲(chǔ)存能力都得到成倍的提高，為未來語音的處理和圖像的硬件處理技術(shù)發(fā) 展奠定了基礎(chǔ)。 第三階段， DSP 完善階段（ 21 世紀(jì)后）。 DSP 不僅信號(hào)處理能力不斷的到加強(qiáng)和完善， 而且系統(tǒng)開發(fā)的更加實(shí)用，容易被用戶所應(yīng)用、 DSP 程序的編輯更加的靈活，調(diào)試也越來越方便、應(yīng)用 DSP 所需要的成本相比從前不斷下降。隨著技術(shù)的發(fā)展使得各種通用外設(shè)集成到片上，從而大大的提高了數(shù)字信號(hào)處理能力。目前， DSP 芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用到自動(dòng)控制、圖像處理、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和儀器儀表等領(lǐng)域中，為數(shù)字信號(hào)處理打下了高效而可靠的硬件基礎(chǔ)。 目前，我國(guó)的 DSP 產(chǎn)品主要來自于海外。 1983 年 TI 公司的第一代產(chǎn)品 TMS32010 最先 進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，以后 TI 公司通過提供 DSP 培訓(xùn)課程，使該公司 DSP 產(chǎn)品的市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大?，F(xiàn)在 TI 公司的 DSP 產(chǎn)品約占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的 90%。 相對(duì)于國(guó)外應(yīng)用開發(fā)的情況，我國(guó)還存在著相當(dāng)大的差距。近年來，在國(guó)內(nèi)一些 DSP專業(yè)用戶的推動(dòng)下， DSP 的應(yīng)用在我國(guó)日漸普及。除此之外，國(guó)內(nèi)許多高校相繼建立了DSP 實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)了相關(guān)的課程，這對(duì) DSP 在我國(guó)的發(fā)展期了關(guān)鍵作用。 進(jìn)入 21 世紀(jì)以后，中國(guó)新興的數(shù)字消費(fèi)類電子產(chǎn)品進(jìn)入增長(zhǎng)期，市場(chǎng)呈高增長(zhǎng)姿態(tài)，普及率提高，從而帶動(dòng)了 DSP 吃長(zhǎng)的高速發(fā)展。 未來的 10 年，全球的 DSP 產(chǎn)品 將向著高性能，低功耗，加強(qiáng)融合和拓展多種應(yīng)用的趨勢(shì)發(fā)展， DSP 芯片將越來越多的滲透到各個(gè)電子產(chǎn)品當(dāng)中的，成為各種產(chǎn)品尤其是通訊類電子產(chǎn)品技術(shù)的核心 1。 (1)DSP 的內(nèi)核結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善； (2)DSP 和微處理器的融合； (3)DSP 和高檔 CPU 融合； (4)DSP 和 FPGA 的融合； (5)DSP 的并行處理； (6)功耗越來越低。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 (1)熟悉 DSP 的發(fā)展歷程； (2)熟練掌握 DSP 的原理以及硬件結(jié)構(gòu)； (3)熟練掌握 DSP 根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè) 計(jì)相應(yīng)的外圍電路； (4)掌握 DSP 集成開發(fā)環(huán)境 CCS； (5)能夠熟練使用 C 語言進(jìn)行編程； (6)熟練使用 CCS 開發(fā)軟件。 2 電機(jī)的選擇及其結(jié)構(gòu) 每一個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，都必須有控制電機(jī)基本元件，主要是用于完成控制信號(hào)的傳遞與變換。控制電機(jī)可以做為執(zhí)行元件或是測(cè)量元件?，F(xiàn)在市場(chǎng)主要有步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。 2.1 步 進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)又可以叫電脈沖馬達(dá)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)子角位移的執(zhí)行元件。每當(dāng)電機(jī)繞組接受一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距角。它每接受一個(gè)脈沖，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的步距腳。轉(zhuǎn)子的角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制 2。 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)滿足以下基本要求 :在電脈沖的控制下，步進(jìn)電機(jī)能迅速啟動(dòng)，正反轉(zhuǎn)，制動(dòng)和停車，調(diào)速范圍寬，步進(jìn)電機(jī)的步距 角要小，步距精度要高，不丟步，不越步，工作頻率高，相應(yīng)速度快 2。 步進(jìn)電機(jī)的矩角特性，即控制繞組通電狀態(tài)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系。 )(fT （ 2.1） e靜 穩(wěn) 定 區(qū)02穩(wěn) 定 平 衡 點(diǎn)Ts m2T 圖 2.1 步進(jìn)電機(jī)矩角特性 步進(jìn)電機(jī)的最大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩頻率的關(guān)系成為矩頻特性。如下圖所示，在一定的控制范圍內(nèi)，隨著頻率的升高，步進(jìn)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速都相應(yīng)的 提高，超出范圍則隨頻率升高轉(zhuǎn)矩下降，步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載的能力逐步下降，知道帶不動(dòng)。 f0T d m 圖 2.2 步進(jìn)電機(jī)矩頻特性 2.2 伺服電機(jī) 伺服電機(jī)又稱執(zhí)行電機(jī)，在控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度輸出，以帶動(dòng)控制對(duì)象。通過改變電壓的大小和極性，就可以控制伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向，啟動(dòng)和停止 2。 伺服電機(jī)中又可分為直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)。 直流伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)。通常分為電磁式和永磁式兩種。 T enU a 3U a 2U a 1U a 1 U a 2 U a 30 圖 2.3 直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性 T s死 區(qū)0U an 圖 2.4 直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線 直流伺服電機(jī)具有良好的線調(diào)節(jié)特性和時(shí)間響應(yīng)。機(jī)械特性硬。 2.3 選擇電機(jī) 直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)性能都是線性的，機(jī)械特性硬，而交流的是非線性的。直流伺服電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)會(huì)比交流伺服電機(jī)的快。直流伺服電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，但是交流伺服電機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，故本文選擇直流伺服電機(jī)。 2.4 本章小結(jié) 熟悉市場(chǎng)上所擁有的電機(jī)，并對(duì) 它們大概進(jìn)行了了解，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)進(jìn)行比較，然后對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對(duì)直流和交流伺服電機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的比較。擇無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)作為控制電機(jī)。 3 無刷直流電機(jī)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 3.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 一種用電子換向的小功率直流電機(jī)。又可稱為無整流子直流電機(jī)、無換向器電機(jī)。它是用功率開關(guān)管取代普通直流電動(dòng)機(jī)中的機(jī)械換向器，從而構(gòu)成無換向器的直流伺服電動(dòng) 機(jī)。這種無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，沒有火花，電磁噪聲比較低，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備 1。 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)由于沒有電刷和換向器彌補(bǔ)了以前機(jī)械換向器穩(wěn)定性問題以及對(duì)通訊設(shè)備的干擾問題。它主要有電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)子位置傳感器和功率電子開關(guān)電路組成電器原理圖如下圖所示： 直 流 電 源 控 制 和 驅(qū) 動(dòng) 電 路 電 機(jī) 負(fù) 載位 置 傳 感 器 圖 3.1 直流伺服電機(jī)原理圖 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)將電樞放在定子上，把轉(zhuǎn)子做成永磁體，一直產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，通過上述的辦法可以減去機(jī)械換向器，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無刷直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相反；如果定子 上的電樞通上電流時(shí)，由于電壓不會(huì)改變，所以定子電樞上的只會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定不變的磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子也是產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，所以電機(jī)最多只會(huì)旋轉(zhuǎn) 90 度。為了使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來，必須讓定子電樞產(chǎn)生一個(gè)能穩(wěn)定變化的磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子才能跟著變化的磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，可以講定子變化的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)始終保持一定的角度，并產(chǎn)生穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)不斷的旋轉(zhuǎn)起來。 綜上所述，組成直流無刷電機(jī)各主要部件包含： (1)電機(jī)主體：主定子、主轉(zhuǎn)子； (2)電子開關(guān)線路：功率邏輯開關(guān)、位置信號(hào)處理； (3)位置傳感器：傳感器定子、傳感器轉(zhuǎn)子。 無刷直流電機(jī) 是永磁同步電機(jī)的一種。它產(chǎn)生的反電勢(shì)是方形波。英文簡(jiǎn)稱 BLDC。無刷直流電動(dòng)機(jī)算是在交流伺服電動(dòng)機(jī)的范疇。 3.2 無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)的位置檢測(cè)裝置 無刷直流電機(jī)要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，要根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)確定電樞繞組的正確換向，是的定子電樞繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)始終保持在 90 度的范圍內(nèi)。 位置傳感器可分為兩種，直線和角位移式。常用的直線位移傳感器有直線位移定位器等，它的特點(diǎn)是工作原理簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高和可靠性強(qiáng)；角位移傳感器式具有可靠性高、成本低。角位移器還可使用增式光電編碼器。 如今轉(zhuǎn)子位置傳感器主要分為： 敏感式、耦合式、諧振式、接近式。 (1)敏感式：利用敏感元件來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置信息，并用輸出電信號(hào)來控制各相的導(dǎo)通；常用的敏感元件有光敏式位置傳感器，例如光電二極管和光電三極管和磁敏式位置傳感器，例如霍爾元件，磁敏二極管和磁敏三極管； (2)耦合式：變壓器耦合和高頻空心線圈耦合等； (3)諧振式：諧振電路是電感和電容等元件組成的，如果和諧振相等時(shí)，共振現(xiàn)象輸出最強(qiáng)，以達(dá)到控制電樞通斷的能力； (4)接近式：主要有接近開關(guān)。 3.2.1 霍爾傳感器 由于無刷直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用的是永磁體，因此常用磁敏式霍爾 傳感器來檢轉(zhuǎn)子的位置。每相繞組都有一個(gè)霍爾傳感器。霍爾位置傳感器輸出的邏輯信號(hào)經(jīng)過邏輯處理后，可以實(shí)現(xiàn)功率控制器上的開關(guān)通斷順序控制。 霍爾效應(yīng)：將矩形半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，在薄片兩端通以控制電流 I，則在薄片的另外兩側(cè)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì) E，這就是霍爾效應(yīng)。 霍爾電勢(shì)與控制電流的關(guān)系： BldRE H (3.1) 霍爾常數(shù)HR 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度與霍爾元件的平面法線方向成一定角度 時(shí) ： cosBldRE H (3.2) 霍爾電勢(shì)很小，霍爾元件傳感器是將霍爾元件與放大電路結(jié)合起來制成霍爾集成放大電路 霍 爾 元 件放 大 裝置U oG N DU c c輸 出功 率 放 大 圖 3.2 霍爾集成電路內(nèi)部原理圖 3.2.2 定子繞組連接方式 (1)非橋式（半橋式） 半控型： 磁場(chǎng)方向的厚度d CBAU s 圖 3.3 三相半橋主電路 CBAU sD 圖 3.4 四相半橋主電路 (2)橋式 全控型： U sABCV T 1 V D 1 V T 3V D 3V T 5V D 5V T 2V D 2V D 6V T 6V D 4V T 4 圖 3.5 星形連接三相橋式主電路 U sABCV T 1 V D 1 V T 3V D 3V T 5V D 5V T 2V D 2V D 6V T 6V D 4V T 4 圖 3.6 三角形聯(lián)結(jié)三相橋式主電路 3.2.3 開關(guān)管控制方法 位置檢測(cè)器的三個(gè)輸出信號(hào)通過邏輯電路控制這些開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，其控制方式有兩種：二二導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式。 二二導(dǎo)通方式：開關(guān)管的導(dǎo)通順序決定共有 6 種導(dǎo)通狀態(tài)，間隔 60電角度改變一次導(dǎo)通狀態(tài)，每改變一次狀態(tài)更換一個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通 120電角度，每相繞組導(dǎo)通 240 當(dāng) V1 ,V2 導(dǎo)通時(shí)，電流的線路為：電源 V1 A 相繞 組 C 相繞組 V2 地 。 其中 A 相繞組和 C 相繞組相當(dāng)于串聯(lián) .這種連接方式。比半橋方式繞組的利用率增加了，輸出轉(zhuǎn)矩也增加了。 三三導(dǎo)通方式：開關(guān)管的導(dǎo)通順序決定共有 6 種導(dǎo)通狀態(tài)，間隔 60電角度改變一次導(dǎo)通狀態(tài)，每改變一次狀態(tài)更換一個(gè)開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通 180電角度，導(dǎo)通的時(shí)間增加了。 當(dāng) V1 ,V2， V3 導(dǎo)通時(shí)，電流的線路為：電源 V1V3 A 相繞組和 B 相繞組 C相繞組 V2 地 ，其中 A 相繞組和 B 相繞組相當(dāng)于并聯(lián)，在與 C 相串聯(lián) .因?yàn)槿嗤瑫r(shí)通電，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量互有抵消，所以總的轉(zhuǎn)矩并不比 二二導(dǎo)通方式大。 半橋與全橋驅(qū)動(dòng)之間的比較： (1)繞組的利用率 斷續(xù)通電是無刷直流電動(dòng)機(jī)的繞組的通電方式，適當(dāng)提高繞組的通電率可以提高效率。四相比我三相差，無相比四相差，半橋比全橋差。 (2)轉(zhuǎn)矩波動(dòng) 相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，全橋的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比半橋的小。 (3)電路成本 相數(shù)越多所需要的開關(guān)管越多，所需要的成本就越高。半橋結(jié)構(gòu)和成本都比全橋低。 目前市場(chǎng)上，星形聯(lián)結(jié)三相全橋應(yīng)用就廣泛。 兩兩導(dǎo)通方式：電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周共有六次繞組換相，相鄰兩次換相時(shí)刻轉(zhuǎn)矩夾角 60。按照規(guī)定順序旋轉(zhuǎn)下去，電機(jī)就可 以旋轉(zhuǎn)下去，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩是脈動(dòng)的，輸出轉(zhuǎn)矩是一個(gè)平均轉(zhuǎn)矩。 圖 3.7 無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩圖 3.3 無刷直流電機(jī)的暫態(tài)數(shù)學(xué)模型 由于稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電 勢(shì)以及電流是非正弦的，因此不能采用直、交鈾 坐標(biāo)變換的分析方法。通常，直接利用電動(dòng)機(jī)本 身的相變量來建立數(shù)學(xué)模型。 當(dāng)繞組是星形接法時(shí)，且沒有中性線，則： 0 cba iii 且： acb MiMiMi 帶入模型，有： cbacbacbacbaeeeiiiPMLMLMLiiiRRRuuu000000000000 (3.3) 其中： cca iii , 是定子相電壓； M 兩相繞組互感； L 兩相繞組自感； E 相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； P 微分算子。 電磁轉(zhuǎn)矩： )( ccbbaa ieieieT (3.4) 2EIT (3.5) 電磁功率為 ： )( ccbbaae ieieieP (3.6) 即 EIP 2 (3.7) E