無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案第1章概述11.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況11.2無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較21.3無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理31.4無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性61.4.1機(jī)械特性61.4.2調(diào)節(jié)特性61.4.3工作特性71.5無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用與研究動(dòng)向8第2章無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案102.1無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的組成102.2無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案122.2.1設(shè)計(jì)方案比較122.2.2無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖13第3章無刷直流電動(dòng)機(jī)硬件設(shè)計(jì)153.1逆變主電路設(shè)計(jì)153.1.1功率開關(guān)主電路圖153.1.2逆變開關(guān)

2、元件選擇和計(jì)算153.2逆變開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)173.2.1IR2110功能介紹173.2.2自舉電路原理193.3單片機(jī)的選擇203.3.1PIC單片機(jī)特點(diǎn)203.3.2PIC16F72單片機(jī)管腳排列及功能定義223.3.3PIC16F72單片機(jī)的功能特性223.3.4PWM信號(hào)在PIC單片機(jī)中的處理233.3.5時(shí)鐘電路233.3.6復(fù)位電路243.4人機(jī)接口電路243.4.1轉(zhuǎn)把和剎車243.4.2顯示電路253.5門陣列可編程器件GAL16V8273.5.1GAL16V8圖及引腳功能273.6傳感器選擇28563.7周邊保護(hù)電路303.7.1電流采樣及過電流保護(hù)303.7

3、.2LM358雙運(yùn)放大電路313.7.3欠電壓保護(hù)323.8電源電路32第4章無刷直流電動(dòng)機(jī)軟件設(shè)計(jì)334.1直流無刷電機(jī)控制器程序的設(shè)計(jì)概況334.2系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)334.3軟件流程圖34結(jié)束語36致謝37參考文獻(xiàn)38附錄139附錄25156第1章概述1.1無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況無刷直流電動(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

4、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。早在1917年，Bolgior就提出了用整流管代替有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了無刷直流電機(jī)的基本思想。1955年美國(guó)的D.Harrison等首次申請(qǐng)了用晶體管換相線路代替有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械電刷的專利，標(biāo)志著現(xiàn)代無刷直流電動(dòng)機(jī)的誕生。無刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展在很大程度上取決于電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在無刷直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展的早期，由于當(dāng)時(shí)大功率開關(guān)器件僅處于初級(jí)發(fā)展階段，可靠性差，價(jià)格昂貴，加上永磁材料和驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)水平的制約，使得無刷直流電動(dòng)機(jī)自發(fā)明以后的一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，性能都不理想，只能停留

5、在實(shí)驗(yàn)室階段，無法推廣使用，1970年以后，隨著電力半導(dǎo)體工業(yè)的飛速發(fā)展，許多新型的全控型半導(dǎo)體功率器件（如GTR、MOSFET、IGBT等）相繼問世，加之高磁能積永磁材料（如SmCo、NsFeB）陸續(xù)出現(xiàn)，這些均為無刷直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)因而得到了迅速的發(fā)展。在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上，前聯(lián)邦德國(guó)的MANNESMANN公司正式推出了MAC無刷直流電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，引起了世界各國(guó)的關(guān)注，隨即在國(guó)際上掀起了研制和生產(chǎn)無刷直流系統(tǒng)的熱潮，這業(yè)標(biāo)志著無刷直流電動(dòng)機(jī)走向?qū)嵱秒A段。隨著人們對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)特性了解的日益深入，無刷直流電動(dòng)機(jī)的理論也逐漸得

6、到了完善。1986年，H.R.Bolton對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)作了全面系統(tǒng)的總結(jié)，指出了無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究領(lǐng)域，成為無刷直流電動(dòng)機(jī)的經(jīng)典文獻(xiàn)，標(biāo)志著無刷直流電動(dòng)機(jī)在理論上走向成熟。我國(guó)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)的研究起步較晚。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。561.2無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比較表1-1無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)與有刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的比

7、較項(xiàng)目無刷直流電動(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)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