PICF电动车控制器源程序.docx

PIC16F72电动车控制器源程序PIC16F72单片机控制的电动自行车C源程序，原理图及设计说明table=98%trtdcolor=blackuPIC16F72单片机控制的电动自行车C源程序，原理图及设计说明/u/color/td/trtrtdtable=95%trtdPIC16F72单片机控制的电动自行车驱动系统C程序PIC单片机控制的电动自行车驱动系统C程序.46.#include /电动车双闭环程序，采用双闭环方式控制电机，以得到最好的zh 转速性能，并且可以/限制电机的最大电流。本应用程序用到两个CCP 部件，其中CCP1 用于PWM 输出，以控/制电机电压；CCP2 用于触发AD，定时器TMR2、TMR1，INT 中断，RB 口电平变化中断，/看门狗以及6 个通用I/O 口#define AND 0xe0 /状态采集5，6，7 位#define CURA 0X0a /电流环比例和积分系数之和#define CURB 0X09 /电流环比例系数#define THL 0X6400 /电流环最大输出#define FULLDUTY 0X0FF /占空比为1 时的高电平时间#define SPEA 0X1d /转速环比例和积分系数之和#define SPEB 0X1c /转速环比例系数#define GCURHILO 0X0330 /转速环最大输出#define GCURH 0X33 /最大给定电流#define GSPEH 0X67 /最大转速给定#define TSON 0X38 /手柄开启电压1.1 V，TSON*2 为刹车后手柄开启电压，即/2.2 V#define VOLON 0X4c /低电压保护重开电压3.0 V 即33 V#define VOLOFF 0X49 /低电压保护关断电压2.86 V 即31.5 Vvolatile unsigned char DELAYH,DELAYL,oldstate,speed,speedcount,tsh,count_ts,count_vol,gcur,currenth,voltage; /寄存器定义static bit sp1,spe,ts,volflag,spepid,lowpower,off,shutdown,curpid; /标志位定义static volatile unsigned char new10=0xaf,0xbe,0xff,0x7e,0xcf,0xff,0xd7,0x77,0xff,0xff; /状态寄存器表/-PIC16F877 初始化子程序-void INIT877()PORTC=0X0FF; /关断所有MOSFETTRISC=0X02; /设置C 口输出PIE1=0X00; /中断寄存器初始化，关断所有中断TRISA=0XCF; /设置RA4,RA5 输出TRISB=0XEF; /RB 口高三位输入，采集电机三相的霍尔信号PORTC=new(PORTB&AND)5; /采集第一次霍尔信号，并输出相应的信号，导通/两个MOS 管T2CON=0X01; /TMR2 4 分频CCPR1L=0X0FF; /初始时PWM 输出全高CCP1CON=0X0FF; /CCP1 设置为PWM 方式CCP2CON=0X0B; /CCP2 设置为特殊方式，以触发ADADCON0=0X81; /AD 时钟为32 分频,且AD 使能,选择AN0 通道采集手/柄电压TMR2=0X00; /TMR2 寄存器初始化TMR1H=0X00; /TMR1 寄存器初始化TMR1L=0X00;T1CON=0X00; /TMR1 为1 分频CCPR2H=0X08;CCPR2L=0X00; /电流采样周期设置为TAD=512 sPR2=0XC7; /PWM 频率设置为5 kHzADCON1=0X02; /AD 结果左移OPTION=0XFB; /INT 上升沿触发TMR2ON=1; /PWM 开始工作INTCON=0XD8; /中断设置GIE=1,PEIE=1,RBIE=1ADIE=1; /AD中断使能speedcount=0x00; /转速计数寄存器speed=0x7f; /转速保持寄存器spe=1; /低速标志位sp1=1; /低速标志位oldstate=0x0ff; /初始状态设置，区别于其他状态count_ts=0x08; /电流采样8 次,采集1 次手柄count_vol=0x00; /采样256 次手柄,采集1 次电池电压ts=1; /可以采集手柄值的标志位ADGO=1; /AD采样使能TMR1ON=1; /CCP2 部件开始工作/-延时子程序-#pragma interrupt_level 1void DELAY1(x)char x;DELAYH=x; /延时参数设置#asmDELAY2 MOVLW 0X06MOVWF _DELAYLDELAY1 DECFSZ _DELAYLGOTO DELAY1DECFSZ _DELAYHGOTO DELAY2#endasm/-状态采集子程序-void sample()char state1,state2,state3,x;do x=1;state1=(PORTB&AND); /霍尔信号采集DELAY1(x);state2=(PORTB&AND);while(state1-state2); /当三次采样结果不相同时继续采集状态if(state1-oldstate!=0) /看本次采样结果是否与上次相同，不同/则执行oldstate=state1; /将本次状态设置为旧状态state1=(oldstate5);PORTC=newstate1; /C 口输出相应的信号触发两个MOS 管if(sp1=1)spe=1;sp1=0;else /如果转速很低，则spe 置1spe=0;sp1=0;speedcount2); /否则，spe=0,计转速speed=speedcount+state3; /speed 寄存器为每256 s 加1speedcount=0;/-AD 采样子程序-void AD()char x;ADIF=0; /清AD 中断标志位if(ts=1) /如果为手柄采样，则采样手柄值CHS0=1; /选择电流采样通道count_vol=count_vol+1; /电池采样计数寄存器spepid=1; /置转速闭环运算标志ts=0;tsh=ADRESH; /存手柄值if(count_vol=0) /如果电池采样时间到，则选择AN2 通道，采集电池电压CHS0=0;CHS1=1;volflag=1;x=1;DELAY1(x);ADGO=1;else if(volflag=1) /电池采样完毕，进行相应的处理CHS1=0;CHS0=1;volflag=0;voltage=ADRESH;lowpower=1;else /否则，中断为采样电流中断speedcount=speedcount+1; /speedcount 寄存器加1，作为测量转速用if(speedcount0x3d) sp1=1; /如果转速低于1 000 000 s/(512 s*3eh*3)/ 则认为为低速状态currenth=ADRESH;curpid=1;count_ts=count_ts-1;if(count_ts=0) /如果手柄时间到，则转入手柄采样通道CHS0=0;count_ts=0x08;ts=1;x=1;DELAY1(x);ADGO=1;/-刹车处理子程序-void BREAKON()char x;off=0; /off清零，如果是干扰则不复位shutdown=0;if(RB0=1) /如果刹车信号为真，则停止输出电压ADIE=0; /关AD 中断INTE=0; /关刹车中断CCPR1L=FULLDUTY; /输出电压0TMR1ON=0; /关CCP2，不再触发ADfor(;ADGO=1;) continue;/如正在采样，则等待采样结束ADIF=0; /ADIF 位清零CHS0=0; /选择通道0 采样手柄CHS1=0;x=1;DELAY1(x);do ADGO=1;for(;ADIF=0;)continue;ADIF=0;CCPR1L=FULLDUTY;asm(CLRWDT);tsh=(ADRESH1);while(tshTSON|RB0=1); /当手柄值大于2.2 V 或刹车仍旧继续时,执行以/上语句off=1; /置复位标志/-欠保护子程序-void POWER()char x;lowpower=0;voltage=1; /电压值换为7 位，以利于单字节运算if(voltage1);CCPR1L=FULLDUTY;asm(CLRWDT);while(voltageVOLON); /电池电压小于35 V 时继续保护off=1; /置复位标志/-电流环运算子程序-void CURPI() static int curep=0x00,curek=0x00,curuk=0x00;union dataint pwm;char a2;b; /定义电流环运算寄存器curpid=0; /清电流运算标志curep=curek*CURB; /计算上一次偏差与比例系数的积if(currenth=1;curek=gcur-currenth; /计算本次偏差curuk=curuk+curek*CURA-curep; /按闭环PI 运算方式得到本次输出结果，下/面对结果进行处理if(curuk=0) /如果输出大于限幅值，则输出最大电压curuk=THL;CCPR1L=0;CCP1X=0;CCP1Y=0;else /否则，按比例输出相应的高电平时间到CCPR1 寄存器b.pwm=THL-curuk;b.pwm8)&0x0ff;将PWM 寄存器的高半字节if(b.pwm&0x80!=0) CCP1X=1;else CCP1X=0;if(b.pwm&0x40!=0) CCP1Y=1;else CCP1Y=0;/-转速环运算子程序-void SPEPI() static int speep=0x00,speek=0x00,speuk=0x00;int tsh1,speed1; /转速寄存器定义spepid=0; /清转速运算标志if(spe=1) speed1=0x00; /若转速太低，则认为转速为零else speed1=0x7f-speed; /否则计算实际转速if(speed10) speed1=0;speep=speek*SPEB;tsh1=tsh-0x38; /得到计算用的手柄值speek=tsh1-speed1;if(tsh1=GSPEH) /限制最大转速tsh1=GSPEH;speuk=speuk+speek*SPEA-speep; /计算得转速环输出if(speukGCURHILO) /转速环输出限制，即限制最大电流约12 Aspeuk=GCURHILO;gcur=GCURH;else /调速状态时的输出gcur=(speuk4)&0x0ff;/-主程序-main()for(;)INIT877(); /单片机复位后，先对其进行初始化off=0; /清复位标志for(;off=0;) /复位标志为零，则执行下面程序，否则复位if(curpid=1) CURPI(); /电流PI 运算else if(spepid=1) SPEPI(); /转速PI 运算else if(lowpower=1) POWER();else if(shutdown=1) BREAKON();asm(CLRWDT);/-中断服务子程序-#pragma interrupt_level 1void interrupt INTS(void)if(RBIF=1) RBIF=0;sample();else if(ADIF=1) AD();else if(INTF=1) shutdown=1;INTF=0; /刹车中断来，置刹车标志设计思路：目 的目前电动车市场各种功能无刷控制器琳琅满目，种类繁多。普通模拟专用芯片已是穷途末路，而利用单片机控制则能做到“只有想不到，不怕做不到”地步，五花八门的单片机纷纷推向电动车这个新兴的行业。我公司根据电动车市场的流行趋势，制定了无刷控制器的设计方案。功能概述目前电动车市场上的控制器分有刷控制器和无刷控制器两大类，由于有刷电机输出扭距小，效率低，需要定期更换炭刷等诸多缺点而逐步被输出扭距大、效率高、使用寿命长的无刷电机取代。根据电动车车型分简易车和豪华车型以及电动摩托车，简易车功率一般在250W以下，而豪华车都在350W以上，设计时必须考虑。简易车的常用功能有1：1助力、巡航、电量及工作状态显示。工作模式有自动和手动切换两种。豪华车型根据客户的随意性有很多功能，主要有飞车保护、软ABS刹车、反充电、双动力（档位切换）、电机锁（关闭电源电机锁定）等。为方便调试和防止非法解密，设计采用专用调试工具，外接一个带有键盘和显示器（数码管）的工具来设定一些基本参数，如欠压値、限流、相位选择和工作电压选择等。可以利用单片机内部或外接EEPROM保存设置参数。通过该调试工具达到系列产品的通用性。主要技术参数1 基本功能1.1 工作电压键盘设定，分12、24、36、48、60、72V档，根据输入电压采样值，确定欠压保护值，单节电池保护电压为10.5V0.5V，低于该值关闭输出。由于取样电压有相应的误差，用键盘应可以微调。欠压工作方式：当电源电压低于设定值时，关闭输出，当电源电压滞回到大于设定值2V时，开启输出。另一种方式为当电源电压低于电池容量的50时，相应缩减输出脉宽，以10个百分点逐减，到设定值时减为零即关闭输出，滞回则相反。 1.2 调速电压调速把输出电压范围为14.2V，控制器起点电压应高于1V，控制器的脉宽调制范围应设定为1.383.8V，大于3.8V输出为全打开。1.3 刹车断电分高电平、低电平和ABS三种方式，高、低电平控制方式由键盘设定，ABS单独引脚控制，该功能如不用时，I/O口可以指定其它功能。1.4 限流当取样信号到达设定点时，采用对PWM进行递减的方法，来减小电机电流，使输出电流不超过设定值。即最大输出电流恒定在设定点。设定值由键盘设定，以便调试。1.5 过流保护：由于MCU单片机A/D采样速度的因素造成输出电流大于设定值，在这种情况下，设定一个保护值，关闭输出，一般设定为大于限流值23A。此值应由键盘设定。1.6 堵转保护限流值保持13秒后，关闭输出。1.7 相角选择60度/120度选择，键盘设定。1.8 1：1助力输入3：2占空比的开关信号15.5Hz对应调速把的电压信号为23.8V，根据输入频率的变化，改变输出PWM的占空比，以控制骑行速度。1.9 巡航手动/自动选择由键盘设定，手动按钮低电平有效，按钮按下2秒进入手动巡航方式；自动巡航方式为调速把恒定在某一点8S后（信号电压必须大于启动电压），控制器自动进入巡航方式。1. 10限速采用减小PWM脉宽的方法，此值由键盘微调，初始值定义为PWM最大值的45。低电平为限速方式。1.11 故障指示闪1正常、闪2刹车、闪3 RAO、 RBO、闪4 下驱动、闪5上驱动、闪6缺相、闪7 RBO、闪8欠压。故障状态指示利用专用调试器的指示灯指示。1.12 飞车保护调速电压4.5V，上电调速电压1.5V关闭输出保护。即当调速把地线开路和打开电门锁前调速把已转动时。1.13 反充电滑行充电、EBS刹车充电、滑行充电选择，用I/O端口选择，低电平为滑行充电。输出一个指示信号，指示灯亮为充电状态。2 附加功能2.1 动态显示1、故障显示2、电量及骑行状态显示3、速度显示（发光管）2.2 双动力根据电机的转速设定一个切换点，该切换点的值由键盘设定。2.3 档位切换由一个按钮开关设定三档的速度，初始状态为最低速，按钮的工作方式为按下按钮开关，松开后进入档位状态，档位为循环方式。档位速度可由键盘微调。2.4 指针仪表速度分相线输出、霍尔信号、单片机输出。2.5 防盗锁输入一个信号锁定电机，推动越快阻力越大（此功能或做成电机锁，电锁关闭后实现）。2.6 参数设定显示窗由两部分组成第一部分为功能序号，第二部分为参数值，按键由三个按钮分别代表模式、加、减，设置的参数保存在EEPROM存储器中。设定器与单片机的通讯采用I2 C方式。熟悉单片机知识阶段：由于长时间未温习单片机的知识，有点生疏，所有实习第一周主要以温习单片机的基础知识为主，对以前所学知识有个全面的回顾和巩固：1. 单片机的概述2 MCS51单片机的介绍解决难题阶段：第一周对单片机的基础知识进行了巩固温习，发现以前学的时候有些不懂的现在都能明白了，有种豁然开朗的感觉，看来什么东西都得经常看经常回顾才能学得更牢固更透彻，第二周主要是对单片机知识更细致的理解和分析，对当时学习是的每个重点都仔细的回忆，吃透，同时把一些容易弄混记错的知识点都进行了批注分类，这个阶段主要是对课本的温习，在图书馆借的资料只是当作一般的参考。在学习课本的过程中，我发现了很多知识点比较重要，如单片机的寻址方式、中断系统、堆栈、串行口、系统扩展等等，其中让我感觉比较难的是中断系统，因为中断系统比较重要，而且内容也比较多，所以我在复习的时候着重学习了单片机的中断系统。（4）TF1：定时器 T1 溢出中断请求。当定时器 T1 产生溢出时，定时器MCS-51单片机的中断系统内容比较多，4个中断寄存器的每个位代表的意义和作用就已经够花时间去理解和区分的了，在复习的时候为了能尽快把他们记住还把每个寄存器的各个位的定义都抄了一遍，把各个位的功能作用也都抄了一遍，这样就有助于记忆，把中断寄存器的知识复习了一遍后就是对中断响应过程的温习，中断响应过程其实并不难，只要把课本上的中断处理流程图看明白，还有提到的一些注意事项记住就行了，至于定时器/计数器的知识点主要在于理解熟记加练习，在练习中能更好的去理解他们的工作原理。总结阶段：前两周一直都是以单片机的基础知识为复习重点，本人觉得只有把基础知识学扎实了，设计系统来才不会吃力，它也是我是否能把毕业设计做好的前提。第三周我主要是把精力放在了设计过程的了解和程序的设计上，设计过程比较容易学会，很多资料里都有提到，单片机系统开发一般可分为明确任务、归并要求、机型选择、软硬件任务划分、硬件软件的设计、联机仿真调试、排除故障、修改程序、固化程序、应用系统脱机运行等步骤，综合来说可分为4个步骤：1. 总体方案确定：总体设计阶段包括需求分析和方案论证等。需求分析和方案论证是单片机系统设计工作的开始，也是工作的基础。只有经过深入细致的需求分析和周密而科学的方案论证，才能使系统设计工作顺利完成。方案论证是根据用户要求，设计出符合现场条件的软硬件方案；在选择测量结果输出方式上，既要满足用户要求，又要使系统简单、经济、可靠，这是进行方案论证与总体设计一贯坚持的原则。2. 硬件设计：硬件设计包括两部分内容，一是系统扩展，二是系统配置，包括器件选择、电路设计制作等。3. 软件设计：软件设计是单片机开发研制中工作量最大的，也是最困难的任务。软件设计步骤一般分为系统定义、软件结构设计、程序设计、编写程序。期间要做的工作量比较大，所以一定要有个提纲，不至于在中途出错。4. 系统调试：编制好的程序或焊接好的线路，不能按预计的那样正常工作会经常发生，这就需要查错和调试。调试时，应将硬件和软件分成几部分，逐个进行调试，各部分都调试通过后再进行联调。 做单片机系统当然不能没有程序，单片机程序用的是汇编语言（也可以用C语言），所以汇编语言的学习也必不可少。在学习汇编语言之前，首先要学会各种指令，只有对指令有了一定的掌握，才能写出符合条件的程序，一般程序设计有几个步骤：（1）分析题意确定算法；（2）根据算法画出程序流程图；（3）编写程序。前两个步骤看似不重要，但它对理清思路，合理排版有很大作用，试想如果不事先确定算法和程序流程图，在写程序的时候肯定会手忙脚乱，如果出错的话也会不知道在哪里出的，这样的程序肯定不会起作用的，所以在给我们的系统编写程序的时候，一定要按着步骤一步一步的来。编写程序时还应该注重添加注释，因为一个有商用价值的软件，往往会被自己或团队内的其他人员反复借用，反复修改；明晰的注释，有利日后借用和修改。注释关键有几点：内存单元分配使用、标志定义、子程序的入口和出口、I/O的使用。这些都应该有个明晰的清单，不至于在借用和修改时发生冲突，也利于排查软件故障。对于较长的程序，最好有段落目标的标注。以上是我在这次实习中着重学习的东西，其实还有很多，这里只是一些内容比较重要，而且比较难的东西，自己在这段时间通过系统的学习单片机，使我重新认识到了单片机的重要性，以及单片机在未来的发展前景，这更加坚定了我做单片机系统的决心，我相信经过近一个月的学习，我会做出令自己满意的单片机系统。 无刷直流电机基础引言 无刷直流电机应用及其广泛，它可在家电、汽车、航空、医疗、工业自动化设备和仪器等各种各样的行业中使用。 从它的名称我们可以看出，无刷直流电机是不用电刷进行换向，而是采用电子器件进行换向的。与有刷直流电机和异步电机相比，无刷直流电机有很多优点，具体表现如下：1、 更好的转矩、转速特性2、 快速的动态响应3、 高效率4、 寿命长5、 工作无噪声6、 较高的转速范围本文将重点讨论无刷直流电机的结构、工作原理、特性和它的主要应用。附录B是关于无刷直流电机的常用专业术语。无刷直流电机结构和工作原理无刷直流电机是同步电机的一种。也就是说定子产生的磁场与转子产生的磁场具有相同的频率。无刷直流电机的结构有单相、两相和三相。无论哪种结构它的定子绕组数目和其类型相对应。三相无刷直流电机是应用最广泛和最普遍的，本文重点讨论三相无刷直流电机。定子无刷直流电机的定子是由定子冲片（钢片叠加而成）和放置在各个槽中的绕组组成（如图3所示）。一般无刷直流电机的定子结构和同功率的异步电机是相同的，不同只是它绕组的分布方式。大部分无刷直流电机的三相绕组是绕成星型的。每相绕组都是由若干个线圈组成的。每极下的绕组数目都是均等的。无刷直流电机根据其定子绕组驱动电流的不同分为梯形和正弦波电机。不通的连接方式会产生不同类型的反电动势，具体参考“反电动势的定义”章节。从图1和图2中我们可以看出梯形波电机的反电动势是梯形的，正弦波电机的反电动势是正弦的。同样，它们的相电流也是梯形和正弦的。但是正弦波电机的输出转矩比梯形波电机的输出转矩更加平滑。根据电机的额定功率，应该选择合适的输入电压。汽车、机器人等产品中电机的电压是48V甚至低于48V，而在自动化器械、家用电器等工业应用中电机的电压为大于等于100V。 图3 无刷直流电机的定子 图1 梯形波反电动势 图2 正弦波反电动势 转子转子是由永磁体组成的，磁钢的磁极N和S是交替放置的。根据所需要的磁场密度选择合适的永磁体。铁氧体是很常用的永磁体，随着的科技的不断进步，稀土永磁体应用越来越广泛。铁氧体永磁材料和稀土永磁体相比，它的价格比较低廉，但是磁通密度低，而稀土永磁体价格高，但是它得最大磁能积大，剩磁高，矫顽力搞。在同样尺寸下，稀土永磁体比铁氧体得到更高的转矩。衫钴永磁体和钕铁硼永磁体是稀土永磁体中的代表。图4是几种不同的转子磁极结构。 a、表面式转子结构 b、内置式转子结构 c、实心转子结构霍尔传感器与有刷直流电机不同，无刷直流电机的换向是可以电子控制的。无刷直流电机在运行时，必须按一定顺序给定子绕组通电。我们如果知道转子的位置就可以在定子绕组上加相应的的信号。转子位置我们可以通过霍尔传感器来确定。大部分无刷直流电机中嵌有3个霍尔传感器。当转子永磁体磁极经过霍尔传感器时，传感器就会给出一个高电平或者低电平，表明N极或S极经过。根据霍尔传感器得到的信号我们可以准确的确定电机的换向。 图5 无刷直流电机的横截面图5是一个无刷直流电机的横截面，从图中可以看出霍尔传感器被固定在电机上。将霍尔传感器嵌入定子的过程很复杂，因为这些霍尔传感器相对转子磁极的位置稍有不对齐，都会在判断转子位置时造成错误。为了简化在定子上安装霍尔传感器的过程，有些电机可能除了主转子磁体外，还在转子上安装霍尔传感器磁体，它们的体积比转子磁体小。每当转子转动时，霍尔传感器就会产生和主磁体一样的效果。霍尔传感器磁体通常装在PCB电路板上，固定在非驱动装的外壳盖上，这使得用户可以整体调整所有的霍尔传感器，以便与转子磁体对齐，从而获得最佳性能。根据霍尔传感器的位置，由两种输出。霍尔传感器输出信号之间的相移可以是600或者1200的电角度。电机制造商据此定义控制电机是应遵循的换向顺序。工作原理每次换向时，首先一相绕组接电源的正极，另一相绕组接负极，第三相绕组处于失电状态。电机的电磁转矩由定子的合成磁动势和转子永磁磁场相互作用产生的。理论上来说，当定子的合成磁动势与转子永磁磁场在空间上相位相差900时电磁转矩就达到其峰值。而在两磁场平行时最弱。为了保证电机转动，由定子绕组产生的磁场应不断变换位置，因为转子会向着与定子磁场平行的方向旋转。转矩/转速特性图6 是一个电机的转矩/转速特性图，无刷直流电机有两个转矩参数需要确定:转矩峰值（TP）和额定转矩（Tr）。在连续运行中，负载会增加直到达到电机额定转矩。在无刷直流电机中，转矩在转速达到额定值之前保持不变。电机的最大转速可以达到150%额定转速，但是此时转矩将降低。对于频繁启东、停止和反转的电机，所需的转矩大于其额定转矩。需要大转矩的时间通常很短，尤其是在电机从静止状态起动以及加速时。在此期间，需要额外的转矩来克服负载和电机本身的惯性。 图6 转矩/转速特性无刷直流电机与其他电机的对比与有刷直流电机和异步电机相比，无刷直流电机有很多有点，也有一些缺点。相同机座下，无刷直流电机的输出功率比有刷直流电机和异步电机大，它的使用寿命也较长。由于其转子上有永磁体，这样与其他电机相比它的转动惯量就要小点，这样就改进了电机加速与减速的特性，缩短了工作周期。由于没有电刷装置，空间相对变大，这就降低了维护难度。由于去除了电磁干扰，工作噪声明显低于有刷直流电机。表1将无刷直流电机和有刷直流电机进行了对比，表2是无刷直流电机和异步电机之间的对比。 表1 无刷直流电机和有刷直流电机的对比特征无刷直流电机有刷直流电机换向使用霍尔传感器电机换向电刷换向维护无电刷 维护少定期维护寿命较长较短转速/转矩特性额定负载在任何转速下工作特性都很平滑在高速时，电刷摩擦增加，有效转矩下降输出功率输出功率高，由于定子有绕组散热性能好输出功率低，工作时温度高转动惯量由于转子上的永磁体，动态响应快，转动惯量低受动态响应的影响，转动惯量大调速范围宽窄工作噪声噪声低电刷产生的电磁干扰，噪声大成本由于使用永磁体，成本高低控制复杂简单控制设备一个驱动控制器，一个调速控制器一个调速控制器 表2无刷直流电机和异步电机的对比特征无刷直流电机异步电机转速/转矩特性额定负载在任何转速下工作特性都很平滑非线性，低速时转矩较小输出功率输出功率高，由于定子有绕组散热性能好由于定、转子都有绕组，输出功率低于无刷直流电机转动惯量动态响应快，转动惯量低动态响应差，转动惯量高起动电流额定，不需要专门的起动电路起动电流大概是额定值的7倍，一般需要星-角起动器控制设备一个驱动控制器，一个调速控制器一个调速控制器转差同步，无转差有一定转差 换向顺序图7表示霍尔传感器信号相对反电动势和相电流变化的示例。图8展示了按照霍尔传感器信号应遵循的切换顺序。图7中的时序与图8是对应的。每旋转变化60电角度，其中一个霍尔传感器就改变一次工作状态。每个周期变化6次。每转过60个电角度相电流变化一次。图9是无刷直流电机控制器的原理图。PIC18FXX31 单片机控制功率开关管Q0到Q5。这些功率开关管可以是MOSFEFS管、IGBT或者是简单的双极性晶体管。表3和表4是这些功率开关管在A、B、C三相下导通的顺序表。表3是电机正转下的导通，表4是电机反转下的导通。从图9中可以看出，如果标有PWMx的信号根据该顺序在导通和关断之间切换，则电机将以额定转速运行。电机在运转过程中，定子通入电流，永磁体转子励磁，两个磁场在空间的作用产生合成磁势，推动转子向前运转。要让电机转起来，必须按照一定的顺序给电机三相绕组通电。连接到图9中模数转换器通道的电位器用于设置转速基准电压。根据输入电压，我们可以计算出PWM的占空比。闭环控制可通过测量电机的实际转速来对转速进行闭环控制。首先计算设定转速和实际转速间的误差。可以用PID控制器放大转速误差，动态调整PWM的占空比。对于低成本、低分辨率的转速要求，可用霍尔信号测量转速反馈。可以用PIC18FXX31 单片机中定时器计算霍尔信号两个边沿间的时间，并用该时间计算电机的实际转速。对于高分辨率转速测量，可在电机上安装光电式编码器，它能给出具有90度相位差的两个信号。用这些信号可以判定转速和转向。 图7 霍尔传感器信号、反电动势、输出转矩、相电流与时序的对应关系 图8 绕组与所加霍尔信号的关系 图9 控制原理图 反电动势的定义当一无刷直流电机旋转时，每个绕组都会产生一个反电动势，反电动势的极性是电压的方向相反，反电动势主要依靠三个因素：1、转子角速度；2、永磁体产生的磁场；3、定子绕组的匝数。当电机设计完成后，转子磁场和定子绕组匝数是一个常数，则只有转子角速度或者转子速度影响反电动势的大小，即当速度增加时，反电动势随之增加，电机技术规范给出一个参数“反电动势系数”，这个系数可以根据一个给定转速估计反电动势。绕组上的电势差=激励电压-反电动势的值，设计电机时，反电动势系数是在电机以额定转速运行时得到。电势差足够使得电机产生一个额定电流和额定转矩。假如电机产生一个大于额定电流的电流，反电动势将大大增加，因而减少了绕组上的电势差，即减少了电流，从而导致电磁转矩的下降，当激励电压等于总的反电动势电压和在电机中的损耗电势，可得到转速曲线上的理想空载点，此时电流和转矩均等于零。无刷直流电机的无位置控制目前，电机的换向位置由霍尔传感器得到转子位置决定。无刷直流电机换向通过观测反电动势信号而不采用霍尔传感器。霍尔传感器与反电动势之间的关系，通过观测相电压得到，如图7.由前面内容可知，每个换向顺序有一个线圈是正电压极性，一个是负极性，另外一个是孔。由图7可知，当反电动势的极性由正变为负时，霍尔传感器的信号状态改变。在理想情况下，这发生在反电动势过零点