VII頁(yè)第1章緒論1.1研究意義與背景在生活中遇到電動(dòng)機(jī)的時(shí)候很多比如說(shuō)：摩托車電動(dòng)車動(dòng)車等，交通工具都要和電動(dòng)機(jī)打交道。早期時(shí)間很多都是有刷電動(dòng)機(jī)但是隨著社會(huì)的發(fā)展科學(xué)的進(jìn)步漸漸的發(fā)現(xiàn)無(wú)刷電機(jī)比有刷電機(jī)有太多的優(yōu)點(diǎn)，比如電樞繞組位于定子上，電阻產(chǎn)生的熱量會(huì)減少相對(duì)于有刷電機(jī)，沒(méi)有電刷電機(jī)的散熱會(huì)更加方便，在電機(jī)內(nèi)安裝芯片使電機(jī)的溫升易于控制。在相同功率的情況下，無(wú)刷直流電機(jī)的體積更小，消耗的能量更少。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制起來(lái)更加方便。無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在很早以前是沒(méi)有普片推廣的當(dāng)初發(fā)明有刷電機(jī)時(shí)由于當(dāng)時(shí)的社會(huì)條件并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有刷電機(jī)的諸多缺點(diǎn)。后來(lái)將電機(jī)做小做簡(jiǎn)便后就漸漸的明白有刷電機(jī)其實(shí)存在內(nèi)阻大，發(fā)熱大和不易做小和在控制電機(jī)方面根本做不到精準(zhǔn)。比如將電機(jī)運(yùn)用到多個(gè)領(lǐng)域是不僅僅是工業(yè)方面是缺點(diǎn)更加明顯就有了后來(lái)對(duì)無(wú)刷電機(jī)的研究，但是當(dāng)當(dāng)是對(duì)無(wú)刷電機(jī)的研究對(duì)當(dāng)時(shí)的社會(huì)需求來(lái)說(shuō)并不是很明顯只是在集成電路大發(fā)展是無(wú)刷直流電機(jī)才的到飛速的發(fā)展有了小的芯片有了可以在電機(jī)內(nèi)安裝的傳感器就可以對(duì)電機(jī)的速度或者發(fā)熱得到明確的檢測(cè)有利于及時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)和修改漸漸的就發(fā)展到現(xiàn)在的無(wú)刷直流電機(jī)隨處可見(jiàn)的盛世。對(duì)于我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)其實(shí)也是對(duì)先前的科學(xué)家對(duì)無(wú)刷電機(jī)的貢獻(xiàn)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展來(lái)源于有刷直流電動(dòng)機(jī)的后期改良的結(jié)果可以說(shuō)無(wú)刷直流電機(jī)是有刷直流電機(jī)的升級(jí)和換代，電動(dòng)機(jī)從1831年10月28日由法拉第發(fā)明了圓盤發(fā)電機(jī)出來(lái)以后出現(xiàn)了更多以發(fā)動(dòng)機(jī)為原理的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制特性在電動(dòng)機(jī)發(fā)展前期在電子運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)一直起到重要的領(lǐng)導(dǎo)地位。但是，在機(jī)械接觸電刷到轉(zhuǎn)向器一直是直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械損耗的弊端，為了提高系統(tǒng)的可靠性電機(jī)的使用壽命，所以就發(fā)明了后來(lái)的直流無(wú)刷電機(jī)，到現(xiàn)在基本上是無(wú)刷電動(dòng)機(jī)取代了有刷直流電機(jī)。面對(duì)直流有刷電機(jī)的缺點(diǎn)，在很早以前便有人研究用電子換相來(lái)替換機(jī)械的有刷直流電機(jī)并且，也得到了一些顯著的效果，當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)并不是特別發(fā)達(dá)大功率的電子元器件當(dāng)時(shí)并不發(fā)達(dá)處于發(fā)展的初步啟動(dòng)階段，社會(huì)上沒(méi)有研究出適合大功率的電子換相元器件導(dǎo)致這種電子換相電機(jī)只能出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有得到大量推廣。后來(lái)實(shí)現(xiàn)了晶體管電子開關(guān)代替電刷的電機(jī)這種電機(jī)就是無(wú)刷電機(jī)的起步階段。隨著社會(huì)科技的發(fā)展?jié)u漸的有了高強(qiáng)度稀土永久磁鐵以及霍爾元件實(shí)現(xiàn)換相，以及后續(xù)發(fā)明的GTRMOSFEFIGBT等半導(dǎo)體功率元件使無(wú)刷電機(jī)得到飛速的發(fā)展。1.2無(wú)刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展近些年國(guó)際上對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)的控制是非常熟練的其中日本和美國(guó)這兩個(gè)國(guó)家在這方面的技術(shù)更加先進(jìn)已經(jīng)站在世界水平的巔峰所以現(xiàn)在很多國(guó)家都在向這兩國(guó)家學(xué)習(xí)直流無(wú)刷電機(jī)的控制技術(shù)，直流無(wú)刷電機(jī)在控制上的核心是控制芯片的選取和芯片和電機(jī)的相互配合然后就是PWM的調(diào)速方式，傳感器的精密和電路的選擇。圖1-1無(wú)刷電機(jī)1.3本文工作內(nèi)容與結(jié)構(gòu)直流無(wú)刷電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，控制器是以專用芯片MC33035來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，位置反饋元件有霍爾傳感器反饋接口和編碼器接口，開關(guān)器件采用MOSFET管，設(shè)計(jì)有轉(zhuǎn)速反饋閉環(huán)控制、正反轉(zhuǎn)、過(guò)流保護(hù)等，控制器還采用單片機(jī)開發(fā)板實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)速給定和轉(zhuǎn)速顯示，采用PID控制，有轉(zhuǎn)速、電流雙反饋，位置反饋采用霍爾傳感器反饋。設(shè)計(jì)要求利用專用芯片完成制作一種無(wú)刷直流電機(jī)控制器。要求采用C8051F001作為控制器的速度測(cè)量和速度設(shè)定（2）要求利用MC33035組成閉環(huán)控制器（3）要求速度可以通過(guò)數(shù)字按鈕設(shè)定（4）要求設(shè)定速度的時(shí)候顯示設(shè)定速度，運(yùn)行時(shí)顯示即時(shí)速度（5）要求控制功能包括PWM速度控制、使能控制、正反轉(zhuǎn)控制能耗制動(dòng)控制。第1章緒論，介紹了直流無(wú)刷電機(jī)的研究背景、發(fā)展方向及主要技術(shù)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。第2章直理論分析。第3章MC33035工作原理。第4章無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單技計(jì)算。第5章工作總結(jié)第6章參考文獻(xiàn)。

第2章理論課題2.1直流無(wú)刷電機(jī)基本原理電機(jī)的組成由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子是線圈繞組電樞轉(zhuǎn)子是永久強(qiáng)力磁鐵，當(dāng)給線圈通入穩(wěn)點(diǎn)的電流時(shí)電動(dòng)機(jī)就能產(chǎn)生一個(gè)不變的磁場(chǎng)眾所周知穩(wěn)定的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)力所以電機(jī)并不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由高中知識(shí)可已明白電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置和對(duì)應(yīng)的的電機(jī)線圈里通著實(shí)時(shí)電流有密不可分的關(guān)系，使定子產(chǎn)生方向均勻的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電動(dòng)機(jī)才能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。圖2-1轉(zhuǎn)子圖2-2定子繞組2.2理論分析無(wú)刷直流電機(jī)的機(jī)械特性： 公式（2.1） n表示轉(zhuǎn)速。U表示電源電壓。U表示功率管管電壓降。r表示轉(zhuǎn)矩。T表示周期。始動(dòng)電壓： 公式（2.2） U表示功率管管電壓降。表示輸入電壓。2.2.1直流電機(jī)控制系統(tǒng)由外加電源通過(guò)通電轉(zhuǎn)換進(jìn)過(guò)變頻，整流，把交流電轉(zhuǎn)為直流電經(jīng)過(guò)電橋通到直流電機(jī)，因此設(shè)計(jì)如下電路圖：圖2-4直流電機(jī)原理圖2.3無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)基本工作過(guò)程無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由名字上都可以看出和有刷直流電機(jī)有著密不可分的關(guān)系。然而，直流有刷電機(jī)由項(xiàng)圈繞組為定子、永久磁鐵為轉(zhuǎn)子、石墨電刷以及電子換向器構(gòu)成。電機(jī)電刷和換向器的作用就是換相因?yàn)橛谰么盆F在不斷旋轉(zhuǎn)所以需要一個(gè)換向器來(lái)轉(zhuǎn)換電流的方向。眾所周知不管是無(wú)刷電機(jī)還是有刷電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成的，無(wú)刷直流電機(jī)與有刷電機(jī)相比無(wú)刷電機(jī)里少了電機(jī)電刷和換向器。電機(jī)的轉(zhuǎn)子是一塊永磁體材料，定子是芯上繞有線圈，當(dāng)給線圈通可以變化的電流后，會(huì)產(chǎn)生可變的磁場(chǎng)，這個(gè)感應(yīng)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁體相互作用，由此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。為了讓電機(jī)平滑持續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)。直流電源輸出的電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)向到達(dá)逆變器把直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娙缓髮⑤敵龊?jiǎn)單點(diǎn)就是逆變器起到的是開關(guān)電源的作用。直流電流經(jīng)過(guò)逆變器后的電流波形為鋸齒波調(diào)節(jié)鋸齒波的寬度就可以間接調(diào)節(jié)無(wú)刷電機(jī)的速度。如果要讓電機(jī)的速度不停的改變就要將逆變器和電動(dòng)機(jī)和控制芯片設(shè)計(jì)成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。如果是只需要電動(dòng)機(jī)只保持一個(gè)速度旋轉(zhuǎn)而且不反向就只需要把系統(tǒng)做成開環(huán)系統(tǒng)就好，相對(duì)來(lái)說(shuō)閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于開環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)要更加復(fù)雜。圖2-5相位轉(zhuǎn)換圖圖2-6電機(jī)內(nèi)部圖2.4主電路方案設(shè)計(jì)主電路的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一個(gè)直流電源供電給逆變電路，逆變電路把直流的輸入電源處理后輸送到電機(jī)，進(jìn)過(guò)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的傳感器把采集到的一系列數(shù)據(jù)輸送到單片機(jī)進(jìn)行速度大小和轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行比較然后把比較的結(jié)果輸送到集成電路進(jìn)行處理處理的結(jié)果再一次輸送到逆變部分對(duì)直流電源的電壓和電流進(jìn)行改變從而再次改變電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)就這樣循環(huán)往復(fù)達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)和控制電機(jī)的效果。電機(jī)逆變直流電源電機(jī)逆變直流電源集成電路集成電路速度檢測(cè)速度檢測(cè)圖2-7集成電路控制2.4.1直流電源直流電源是持續(xù)給電路提供穩(wěn)定電壓和電流的元件裝置，直流電源的基本原理是比如一個(gè)裝滿水壩把水流放到下面的農(nóng)田一個(gè)類型電動(dòng)勢(shì)由高指向低。直流電源內(nèi)部的非靜電力是由負(fù)極指向正極，外部所表現(xiàn)出來(lái)的則是正極指向負(fù)極。直流電源與外部電路連接后我們稱除電源部分為外電路，電源內(nèi)部我們稱為內(nèi)電路。非靜電力的作用是使電流從負(fù)極流向正極使電荷的流動(dòng)成為閉合的循環(huán)周而復(fù)始，達(dá)到持續(xù)提供能量的效果。圖2-8直流電源2.4.2逆變器逆變器的功能是將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娨话闶欠譃槿齻€(gè)部件逆變電橋，控制邏輯和濾波電路這里我們不介紹控制邏輯和濾波電路只了解逆變電橋。逆變器是采用通用逆變橋，這種逆變橋是適用整改模塊也可用于變頻器，特別是與電流改變方向有關(guān)。顯然下圖的這個(gè)設(shè)計(jì)為逆變器，具體的設(shè)置為電路橋臂，采用功率管MOSFET電子設(shè)備。圖2-9逆變電橋器件開關(guān)on/of步驟180°連接方式（各器件連續(xù)三步）120°連接方式（個(gè)器件連續(xù)兩步）Tr123456Tr123456101011001001020100100110003011001001001410100110000151001011001006100110000110表2-1逆變器輸入電流表2.4.3MC33035無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制芯片早期無(wú)刷直流電機(jī)是因?yàn)榧夹g(shù)不夠不能再電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝霍爾元件傳感器，強(qiáng)行安裝會(huì)產(chǎn)生諸多問(wèn)題具有電流過(guò)大，發(fā)熱過(guò)多，電壓不穩(wěn)定的輔助功能的芯片，所以芯片的選擇和電動(dòng)機(jī)之間是雙向選擇的，并且占用了芯片大面積的電路板所以把控制器嵌入電動(dòng)機(jī)中是不可能的。最近幾年，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的精進(jìn)和開發(fā)出了各種無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器芯片，如MC33035，TB6537P等等。現(xiàn)在介紹芯片MC33035的基本工作原理和應(yīng)用：芯片MC33035的功能包括開環(huán)時(shí)電動(dòng)機(jī)的速度控制，轉(zhuǎn)子前進(jìn)或后退，允許正常運(yùn)行和阻尼剎車。芯片MC33035的設(shè)計(jì)與操作有60度/300度和120度/240度，傳感器的三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，并能有效地控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。芯片MC33035管腳定義如下圖所示：圖2-103MC33035管腳定義圖芯片MC33035是在無(wú)刷直流電機(jī)控制時(shí)調(diào)節(jié)電壓正反來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)改變電壓輸出，改變傳感器的高低輸出最后改變整流的正反電流。電動(dòng)機(jī)的開與關(guān)的控制是通過(guò)輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)該，頂部引腳是開通時(shí)連接到正電源的內(nèi)置上拉電阻會(huì)在開始開在該驅(qū)動(dòng)器的輸出時(shí)序頂部和底部。表2-2芯片功能介紹表功能可控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)電機(jī)剎車制動(dòng)啟停功能可選擇三相無(wú)刷直流電機(jī)傳感器相位差60°或120°欠壓封鎖保護(hù)，IC過(guò)熱保護(hù)和故障輸出可以組合的對(duì)象轉(zhuǎn)子位置傳感器譯碼電路，脈寬調(diào)制比較器欠壓、過(guò)熱保護(hù)以及故障電平輸出誤差放大器，輸出驅(qū)動(dòng)電路具有溫度補(bǔ)償?shù)?.24V內(nèi)部基準(zhǔn)電源RT、CT可變鋸齒波振蕩電路限流電路表2-3芯片引腳功能介紹表引腳號(hào)功能備注1，2，24BT,

AT,

CT集電極開路輸出，驅(qū)動(dòng)上橋三個(gè)功率管3正、反轉(zhuǎn)選擇高電平正傳，低電平反轉(zhuǎn)，內(nèi)部上拉4,5，6SA,SB,SC位置傳感器信號(hào)輸入7使能控制引腳高電平使電機(jī)運(yùn)行，低電平使電機(jī)停止8基準(zhǔn)電壓輸出6.24，為MC33039芯片提供電源9,15電流檢測(cè)輸入同相端/反相輸入端10振蕩器振蕩器頻率由外接Rt和Ct決定，為PWM提供斬波11誤差放大器輸入同相輸入端，

為微小信號(hào)提供放大電路12誤差放大器反相輸入端，為微小信號(hào)提供放大電路16接地14故障信號(hào)輸出出現(xiàn)傳感器非法輸入、電流檢測(cè)輸入端電壓大于100mv、三種之一、芯片內(nèi)部過(guò)熱或7腳為低電平13誤差放大器輸出在閉環(huán)控制時(shí)連接

校正阻容元件，此引腳同時(shí)連到PWM比較器的反相輸入端17，18VCC,

VC芯片供電電源(10V-

-30V)

/下橋驅(qū)動(dòng)輸出提供電源19，20，21CB,

BB,

AB下橋三端驅(qū)動(dòng)輸出2260°

/120°

切換高電平選擇相位差

60°，低電平選擇相位差120°23制動(dòng)輸入端高電平使電機(jī)正常運(yùn)行，低電平使電機(jī)制動(dòng)減速

第3章MC33035工作原理3.1MC33035芯片工作原理一般情況下，連接在引腳10號(hào)連接的電阻R2一條線路上連接的電容C控制芯片內(nèi)部振蕩器的振蕩頻率，從而在引腳10輸出的波形為鋸齒波，這種鋸齒波和引腳11輸入的轉(zhuǎn)速設(shè)定信號(hào)三極管放大器（誤差放大器）放大調(diào)節(jié)控制后由PWM設(shè)定的信號(hào)進(jìn)行比較器比較，從而在PWM比較器輸出端輸出PWM波。電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)上的速度傳感器輸出的信號(hào)輸出到引腳4、5、6、輸入的信號(hào)進(jìn)行譯碼器譯碼，通過(guò)引腳4，5，6，輸入的譯碼器信號(hào)和PWM比較強(qiáng)輸出的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，比較的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行控制去控制驅(qū)動(dòng)器的六個(gè)晶體管的傳感器。這六個(gè)信號(hào)進(jìn)過(guò)芯片內(nèi)部的三極管晶體管放大器放大后的型號(hào)輸入引腳19、20、21后輸出三路低等的驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，與此同時(shí)從引腳1，2，24輸出會(huì)輸出相當(dāng)于19，20，21三個(gè)引腳的高等驅(qū)動(dòng)器信號(hào)。引腳11輸出的電壓會(huì)根據(jù)用戶的變化的改變而改變來(lái)該六路的頻率和脈沖寬度的改變，這樣就改變了電壓的頻率從而調(diào)節(jié)了被控電路的電機(jī)的轉(zhuǎn)速。六路驅(qū)動(dòng)器的相序有芯片的引腳來(lái)決定，芯片發(fā)熱過(guò)度、沒(méi)有位置傳感器輸入的位置信號(hào)或位置傳感信號(hào)相位不正確、線圈繞組過(guò)流等非正常狀態(tài)都會(huì)引起芯片內(nèi)部反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)脈沖的頻率和寬度。3.1.1震蕩電路MC33035芯片內(nèi)部的震蕩頻率的大小由外部的電阻和電容決定同時(shí)也取決于對(duì)溫度的感應(yīng)對(duì)芯片震蕩頻率影響。圖3-1MC33035震蕩電路外部連接MC33035芯片內(nèi)部的震蕩頻率由外部的電阻C2,R2決定震蕩周期長(zhǎng)短取決于引腳8輸入電壓由上圖經(jīng)過(guò)電阻R2在經(jīng)過(guò)電容C2進(jìn)行充電后經(jīng)過(guò)內(nèi)部的晶體管放電就會(huì)形成一個(gè)周期。最終輸出的波形會(huì)是鋸齒波的震蕩信號(hào)。3.1.2誤差放大器誤差放大器是是一個(gè)集成度非常高的高效率芯片整個(gè)過(guò)程中會(huì)補(bǔ)償誤差的放大器在閉環(huán)線路時(shí)放大器電壓增益，開關(guān)閉合時(shí)為開環(huán)控制，開關(guān)打開時(shí)為閉環(huán)控制。圖3-2誤差放大器3.1.3芯片的檢測(cè)與保護(hù)采樣電阻連接在功率驅(qū)動(dòng)器的下端在功率板的地線之間，因?yàn)樾酒琈C33035的引腳9的內(nèi)部連接到頻率比較器的正相輸入端，這樣產(chǎn)生的電流作為基準(zhǔn)值通過(guò)引腳15接地在芯片內(nèi)部各個(gè)周期進(jìn)行比較如果輸入值高于比較值就能起到對(duì)電路的保護(hù)效果如果輸出電流值小于比較值就起到對(duì)電流的檢測(cè)與保護(hù)。圖3-3芯片的檢測(cè)與保護(hù)電路圖3.2由芯片MC33035的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器的設(shè)計(jì)由芯片MC33035構(gòu)成的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)MC33035芯片的功能介紹和電橋線路的知識(shí)設(shè)計(jì)如下電路圖來(lái)控制直流無(wú)刷電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)大致原理電路圖包括開環(huán)電路他和閉環(huán)電路圖在電機(jī)速度的控制上來(lái)說(shuō)是不可缺的兩個(gè)部分經(jīng)過(guò)6個(gè)二極管搭建起的電橋和芯片MC33035來(lái)徹底控制電機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)是的速度控制和轉(zhuǎn)向的功能。圖3-4設(shè)計(jì)圖3.2.1逆變電路的設(shè)計(jì)PWM控制系統(tǒng)在速度調(diào)節(jié)方面主要是采取不同寬度的電磁脈沖對(duì)電路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)為PWM轉(zhuǎn)換器。PWM轉(zhuǎn)換器在進(jìn)行脈沖寬度調(diào)解時(shí)和直流斬波器的作用一致。這種PWM調(diào)節(jié)可以分為兩種，一種電壓電流逆變器有雙極，單極型和有限單極式等多種逆變電路。這次的實(shí)驗(yàn)采用單級(jí)式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)為可以減少開關(guān)損耗時(shí)，電動(dòng)機(jī)電流較小，不會(huì)有不連續(xù)電流的現(xiàn)象。圖3-5逆變電路圖3.2.2C8051F00X速度測(cè)試芯片1C8051F00X速度控制是通過(guò)單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)脈沖寬度從而調(diào)節(jié)控制直流電源輸出大小來(lái)改變磁場(chǎng)的變化大小導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生改變。在電動(dòng)機(jī)里面安裝速度傳感器可以給發(fā)電機(jī)測(cè)試速度，然后把用傳感器的到的速度信號(hào)傳遞到單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)將測(cè)速信號(hào)和給定的PWM信號(hào)進(jìn)行比較。從而形成對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖3-6速度檢測(cè)裝置圖

第4章無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單技計(jì)算4.1公式計(jì)算在三相無(wú)刷直流電機(jī)所建立數(shù)學(xué)模型中轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中有安裝霍爾元件幾個(gè)霍爾元件之間會(huì)間隔120度的角度和Y型連接的電路對(duì)應(yīng)起來(lái)就會(huì)列出下面三個(gè)矩陣方程，三相平衡電壓方程： 公式（4.1）上面的三相平衡電壓方程中的Ua,Ub,Uc,分別為項(xiàng)圈繞組相電壓V。ia，ib,ic分別表示項(xiàng)圈繞組相電流A。Ea,Eb,Ec為定子繞組之間的相電動(dòng)勢(shì)V。P為微分算子P=L表示相繞組的自感H。定子繞組的自感和互感之和為常數(shù)當(dāng)三相繞組為Y連接時(shí)就有下面的兩個(gè)方程：將ia+ib+ic=0Mib+Mic=-Mia帶入三相平衡電壓方程中可得如下方程： 公式（4.2） 公式（4.3） 公式（4.4）由上面幾個(gè)式子可以的出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)矩方程為：公式（4.5）直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在通電的情況下，直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)自帶電導(dǎo)體一直處于磁場(chǎng)不改變情況下，所以經(jīng)過(guò)分析的如下關(guān)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方程： 公式（4.6）以上式中：Ω代表電動(dòng)機(jī)的角速度。Ua,Ub,Uc,為定子項(xiàng)圈繞組相電壓(V)。Y型連接的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E。ia，ib,ic為定子繞組相電流(A)。N表示總導(dǎo)體個(gè)數(shù)。Ea,Eb,Ec為定子繞組相電壓電動(dòng)勢(shì)(V)。為每相繞組的自感(H)M為每?jī)上嗬@組的互感(H)。Pm為極的對(duì)數(shù)，n表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，Φm表示主磁通量。從變壓器的直流端是兩相項(xiàng)圈繞組經(jīng)逆變器串聯(lián)完成，因此： 公式(4.7)因此，電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可化為： 公式(4.8) 公式(4.9)直流無(wú)刷電機(jī)通入方形波得電流時(shí)的電磁方面的方程和普通的直流無(wú)刷電機(jī)通入正常電流時(shí)的方程一樣。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方程為： 公式(4.10)化簡(jiǎn)可得： 公式（4.11）因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)采用120°型三相逆變器，在工作期間任一時(shí)刻只有兩相通電，直流無(wú)刷電機(jī)方波的輸出相電壓幅值為。對(duì)于每相項(xiàng)圈繞組的動(dòng)態(tài)方程式： 公式(4.12)上式為電源電壓。式中：Id為方波電流的幅值為電機(jī)的角速度。為負(fù)載轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)子與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為粘滯阻尼系數(shù)。忽略摩擦，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為： 公式(4.13)可得： 公式(4.14)兩邊分別進(jìn)行拉式變換后得： 公式(4.15) 公式(4.16)考慮到，得到直流無(wú)刷方波電機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。U圖4-1動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖4.2MATLAB仿真MATLAB軟件是作為一種提供矩陣運(yùn)算和操作的編程軟件和各種功能強(qiáng)大的圖形的基本單位矩陣，是目前最流行的電腦輔助設(shè)計(jì)軟件。SIMULINK模塊中的電子電力系統(tǒng)可以給同學(xué)們帶來(lái)非常大的方便我們可以通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K來(lái)模擬各種電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方面的模型，只要可以搭建相應(yīng)的模型就可以得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。Matlab仿真在讀大一就一直在使用的軟件SIMULINK電子電力系統(tǒng)模塊中安裝一個(gè)個(gè)的模擬板塊都可以在軟件中找到。一般matlab用來(lái)工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。表4-1matlab功能表數(shù)值分析數(shù)值和符號(hào)計(jì)算工程與科學(xué)繪圖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真數(shù)字圖像處理數(shù)字信號(hào)處理通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真財(cái)務(wù)與金融工程圖4-2速度控制仿真圖用matlab軟件來(lái)模擬直流電源發(fā)出直流信號(hào)出來(lái)經(jīng)過(guò)逆變器到達(dá)電動(dòng)機(jī)出來(lái)后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集這里是速度檢測(cè)傳感器發(fā)出信號(hào)后輸入比較器對(duì)比實(shí)際速度與設(shè)定速度的大小如何再把進(jìn)過(guò)比較過(guò)后的信息輸入控制器在控制器進(jìn)行運(yùn)算比較厚輸出到PID控制芯片輸出的信號(hào)再次輸入回逆變器中再次對(duì)輸入電流進(jìn)行頻率和大小上的調(diào)節(jié)從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)停和速度的加減。圖4-3開關(guān)管模塊直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)之所以可以擺脫電刷和換向器就是因?yàn)殚_關(guān)管把直流轉(zhuǎn)換為了可以使電機(jī)一直穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的鋸齒波。電流有刷電機(jī)在通入直流電的情況下當(dāng)轉(zhuǎn)子線圈旋轉(zhuǎn)時(shí)定子磁場(chǎng)不變線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)就會(huì)產(chǎn)生一種情況是旋轉(zhuǎn)一圈只有一半周期是在做有用功還有一半時(shí)間在做無(wú)用功。于是就有了電刷和換向器當(dāng)線圈旋轉(zhuǎn)到一半時(shí)換向器就換將正負(fù)電極換一個(gè)方向通到線圈內(nèi)就會(huì)繼續(xù)做有用功但是這樣的電機(jī)消耗比較大，發(fā)熱也高機(jī)械部件容易損壞所以后來(lái)就發(fā)明了開關(guān)管來(lái)代替電刷和換向器。圖4-4逆變器輸出波形圖逆變橋逆變橋gABCTmABCK轉(zhuǎn)換系數(shù)speed轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)采集NmS直流無(wú)刷電機(jī) 轉(zhuǎn)速電磁轉(zhuǎn)矩1000目標(biāo)轉(zhuǎn)速開關(guān)信號(hào)ABC延時(shí)時(shí)鐘In1In2In3Out1In4占空比DOut1EF邏輯控制In1Out1In2PID控制器圖4-5總設(shè)計(jì)圖圖4-6譯碼器H1H2H3PhaseAPhaseBPhaseC101+V-VNC100+VNC-V110NC+V-V010-V+VNC011-VNC+V001NC-V+V表4-1正轉(zhuǎn)邏輯對(duì)照表表4-2反轉(zhuǎn)邏輯對(duì)照表H1H2H3PhaseAPhaseBPhaseC101-V+VNC100-VNC+V110NC-V+V010+V-VNC011+VNC-V001NC+V-V圖4-7正轉(zhuǎn)譯碼邏輯圖4-8反轉(zhuǎn)譯碼邏輯表4-3傳感器真值表HaHbHcEMFAEMFBEMFC0010-1+1010-1+10011-10+1100+10-1101+1-101100+1-1表4-4正轉(zhuǎn)電路真值表EMFAEMFBEMFCQ1Q2Q3Q4Q5Q60-1+1000110-1+10011000-10+1010010+10-110001+1+101001000+1-1001001表4-5圖4-8反轉(zhuǎn)電路真值表EMFAEMFBEMFCQ1Q2Q3Q4Q5Q60-1+1001001-1+10100100-10+1100001+10-1010010+1+100110000+1-1000110解碼后的數(shù)據(jù)通過(guò)上面的真值表來(lái)設(shè)計(jì)譯碼器相互對(duì)應(yīng)MOSFET六個(gè)管的控制信號(hào)。4.2PWM調(diào)制技術(shù)PWM調(diào)整原理是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度開控制輸出電流的大小從而控制電動(dòng)機(jī)的速度大小和旋轉(zhuǎn)方向。下面介紹兩種關(guān)于PWM調(diào)整速度方法。下圖為PWM調(diào)整速度原理圖。圖4-9PWM調(diào)制原理圖無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以電機(jī)，轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子檢測(cè)器和電子管組成。主電路上的逆變電路屬于電子管部分，電子管通俗解釋就是電流逆變器和電子處理器兩部分組成。主電路是通過(guò)電子器件對(duì)電機(jī)進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換和控制的任務(wù)，直流無(wú)刷電機(jī)通過(guò)電子開關(guān)管替代轉(zhuǎn)換器和電刷是有你減少耗能的作用減少開關(guān)的損耗就出現(xiàn)了PWM調(diào)節(jié)技術(shù)。近些年電子電力技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)大量生產(chǎn)出來(lái)了多種電子開關(guān)管；高功率晶體管（GTR）的，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（功率MOSFET），關(guān)斷晶閘管（GTO）的，控制晶閘管（MCT）的，絕緣柵電壓控制晶體管（IGBT）等多種開關(guān)管經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)用開關(guān)管控制的電路每年可以減少損耗百分之10，使用電子開關(guān)管可以使電機(jī)的體積減少百分之30以上。設(shè)備的效率高，功率因數(shù)自然就會(huì)高所以現(xiàn)在都在普片采用電子功率管。功率管的使用也漸漸表面了PWM技術(shù)的更熟練運(yùn)用只要有電子開關(guān)管的電機(jī)設(shè)備要讓電機(jī)受控制就必不可少的使用PWM技術(shù)?，F(xiàn)如今普片的PWM調(diào)節(jié)技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)管的開關(guān)頻率就間接的控制輸出電流鋸齒波的寬度。調(diào)節(jié)電流的寬度我們可以明確的發(fā)現(xiàn)一個(gè)周期越短電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度就越快反之周期越長(zhǎng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的就越慢。PWM很少會(huì)抑制諧波的行為，這樣一來(lái)效率就會(huì)很高。

第5章總結(jié)工作本次設(shè)計(jì)在做的就會(huì)發(fā)現(xiàn)很多平時(shí)學(xué)習(xí)上很多的問(wèn)題只有自己在親歷做事時(shí)才能明白自己的不足在完成設(shè)計(jì)是需要自己去克服很多的問(wèn)題再改錯(cuò)的途中一直都要保持良好的心態(tài)俗話說(shuō)失敗是成功之母只有再一次一次的失敗中過(guò)來(lái)的人才能理解這句話的寶貴再搭建模型時(shí)經(jīng)常搭建不出來(lái)的窘境時(shí)自己在網(wǎng)上學(xué)習(xí)才是考驗(yàn)一個(gè)人的學(xué)習(xí)能力的時(shí)候經(jīng)過(guò)了這次設(shè)計(jì)后讓我明白了很多的做事方法。這次設(shè)計(jì)過(guò)程中讓我們對(duì)matlab軟件的應(yīng)用更加得心應(yīng)手，畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)實(shí)習(xí)過(guò)程中是我們調(diào)查研究，在這過(guò)程中也教會(huì)了我們?nèi)绾为?dú)自面對(duì)困難，如何自主查詢工具書，手冊(cè)，圖表等參考書。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是理論和實(shí)踐知識(shí)的一次實(shí)地驗(yàn)證培養(yǎng)了我們的綜合實(shí)踐能力如何分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我明白了知識(shí)在于積累，知識(shí)是學(xué)無(wú)止境的一切都要扎根于實(shí)踐在實(shí)踐中完善自己。最后由衷感謝這次的指導(dǎo)老師和大學(xué)四年的老師，感謝你們的耐心指導(dǎo)。

第6章參考文獻(xiàn)[1]葉金虎,徐思海,張頡民,崔海大,施民生編著無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)北京科學(xué)技術(shù)出版社1991.[2]張琛.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用[M工機(jī)械工業(yè)出版1992.[3]曉弘.靳方義侯景陽(yáng)