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1、编号 无锡太湖学院毕业设计（论文）题目：电动小车中无刷直流电机的控制系统 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 电动小车中无刷直流电机的控制系统 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 电信83 学 号： 作者姓名： 2012 年 5 月 25 日无锡太湖学院信 机系 电子信息工程 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目电动小车中无刷直流电机的控制系统 2、专题 一、 课题
2、来源及选题依据：直流电动机因其优良的调速、起动、制动性能在各种电力拖动系统中得到 广泛的应用，但因直流电机的机械换向出现的火花等问题在一些地方限制了直流电机的使用。自20世纪70年代以来，电力电子器件迅速发展，研制并生产出多种既能控制其导通又能控制其关断的全控型器件，如门极可关断晶闸管（GTO）、电力晶体管（GTR）、电力场效应管（P-MOSFET）、绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）等，这些全控型器件性能优良，由它们构成的电子开关在直流电机中取代了机械换向，构成直流无刷电机，解决了机械换向出现的火花等问题，同时由全控元件组成的脉宽调制直流调速系统（简称PWM调速系统）近年来在中小功率直流传动中
3、得到了迅猛的发展,且由于专用集成电路的出现，使控制器性能更加优良，体积减小。本课题研究电动小车中无刷直流电机的控制系统。二、本设计应达到的要求：了解电动小车的工作情况，其负荷特点；了解PWM技术的现状发展以及其应用价值和可操作性。明确生产机械对ZD调速系统的要求；拟定ZD调速方案；熟悉无刷ZD电动机的基本工作原理；熟悉位置检测传感器的原理；选用专用PWM集成电路在无刷直流电动机进行速度控制；应用集成驱动电路完成对电动机驱动和调速等性能的要求；完成毕业设计总体方案。本设计应做到以下几点:1、 拟定ZD调速方案2、 设计主电路3、 选用位置检测传感器4、 选用专用PWM集成电路5、 完成总电路的设
4、计同时本设计应具有以下功能:A. 欠电压保护功能 当电源电压下降到设定值时，控制器停止工作，起保护作用。B. 过电流保护功能 当电动机过载或发生其它意外情况，有大电流过时，控制器立即停止工作，保护电机。C.无级调速 可根据负载要求实现平稳调速。四、接受任务学生： 电信83 班 姓名 姚振德 五、开始及完成日期：自2011年11月7日 至2012年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2011年11月7日摘 要 电动小车最重要的配件是电机，一辆电动小车的电机基本决定了这辆车的性能和档次。目前电动小车所使用的电机大都是高效
5、稀土永磁电机，其中主要又分高速有刷+齿轮减速电机、低速有刷电机和低速无刷电机三种。本文针对无刷电机在现在电动小车中的应用，介绍了一种无刷电机的控制方法。根据电动小车要求启动快、制动快、工作过程要求转速稳定等特点，设计了带有转速、电流双闭环的调速系统，以PI调节器为转速调节器，电流调节器 也用PI调节器，以TL494为PWM脉冲产生芯片，经过综合逻辑电路加上位置反馈信号，由IR2130驱动电机的功率开关。主要内容包括PWM生成电路和功率开关器件、综合逻辑电路的选择，以及驱动电路保护电路的设计等。关键词：电动小车；无刷直流电机；PWM调速 AbstractThe most important pa
6、rt of an Electric trolley is motor.It basicly decides its performance and level. At present，Electric trolleys are mostly using efficient rare earth permanent magnet as their motors, which also could be divided into three types as High speed brush+gear reduction motors，low speed brush motors and low
7、speed brushless motors. This paper aim at the Brushless DC Motor be applied in Electric trolleys, introduce a new control method of BLDC. Based on Electric trolleys characteristic, such as start-up rapidness, brake rapidness, work process rotate speed level off and so on, design one system with spee
8、d and current adjuster, the speed adjuster is PID and the current adjuster is PI , use the TL494 chip generate PWM pulse , pass the synthesis logic circuit and the feedback of rotors location through IR2130 drive the power switch . Mostly content consist of PWM generate circuit , synthesis logic cir
9、cuit, power switch and drive circuit and so on .Key words: Electric trolley；brushless DC motor；modulate velocity by PWM 目 录摘 要IVAbstractV目 录VI2 电动小车及电机的工作特点22.1 电动小车的工作特点分析及电机选择22.2 无刷直流电机的介绍、结构及工作原理2 直流无刷电机的介绍2 直流无刷电机的结构原理框图32.2.3 直流无刷电机的控制原理32.3 控制方案53 控制系统设计63.1 调节器选择及动态参数设计6 电流调节器的设计6 转速调节器的设计93
10、.2 位置检测11 位置间接检测原理12 位置检测电路133.3 转速检测143.4 转速调节器164 系统电路图184.1 PWM生成电路及电流调节器184.2 综合逻辑电路204.3 驱动电路214.4 各相导通信号产生电路244.5 系统整体电路图254.6系统的工作原理275 结论和展望28致 谢29参考文献30附 录31 1 绪论从1995年清华大学研制的第一台轻型电动车问世，到现在林林总总的电动车系列产品，过去的十五年中，中国电动小车事业从无到有，再发展成为目前全球最大的轻型电动车产业。短短十数载，已经成就了让全球仰慕的电动车产业规模，国人应当自豪！电动小车行业的发展，业内普遍认为
11、已经历了三个发展阶段：初级阶段、初级生产规模化阶段、超速发展阶段。电动小车的初级阶段也被称作是电动小车的早期实验性生产阶段，时间大概是1995年到1999年。这个阶段主要是对电动小车的四大件，电机、电池、充电器和控制器的关键技术摸索研究。初阶生产规模化阶段是电动小车规模化大生产在遇到几个发展大机遇后获得较快发展的阶段，时间在2000年到2004年。这个阶段随着关键技术方面的突破和电动小车性能的不断提升，让电动小车成为了摩托车和自行车的替代产品，而它的快捷、环保、方便和廉价，同时也激发了市场对它的消费需求。一些新的企业投资加入，进行较大市场规模运作，产能迅速扩展，并初步形成了行业内的江苏、浙江、
12、天津为代表的三大产业聚集地。超速发展阶段是企业间激烈竞争大大刺激了技术进步和新技术扩散，全行业的技术水平大幅度提升，产业获得“井喷式”大发展的阶段，时间在2005年至今。技术进步主要体现在蓄电池寿命和容量提高了35%，电机从单一的有刷有齿电机发展成为无刷高效电机为主流，寿命提高了5倍，效率提高了近30%，爬坡和载重能力提高约3.5倍。与此同时，制造成本也大幅度下降，价格功率下降到原来21%；在控制器系统和充电系统，技术水平也大幅提高。我国是世界公认的稀土资源大国和稀土产品的制造强国，得天独厚的资源优势特别是电机性能国际市场价格昂贵的 BLDC（无刷直流永磁电机）系统在中国企业得到广泛应用在电池
13、技术和电机技术方面都有了很大的进展，电动车专用铅酸电池在技术上的突破已经领先国际。 2 电动小车及电机的工作特点2.1 电动小车的工作特点分析及电机选择 电动小车的工作状态要求电机工作在频繁的启动、制动过程，而且要求电机的启动和制动过程速度快。这样电机启、制动过程中会使电机电流过大，故在设计控制系统时要设计电机的过电流保护，以免使电机由于电流过大无法正常工作。 由于电动小车的频繁的启动、制动，这样一定会产生过大的启动、制动电流，这样大的电流，对永磁体产生的去磁影响必须引起注意。特别在电机运行在负载温升时，随着工作温度的升高，这种去磁作用就越大。若对永磁体的厚度选取不当，这种去磁反应还将影响到永
14、磁体的圆复线。在选择电动小车用永磁 电机时，必须考虑二点 ：第一是电机最高工作温度。第二是起、制动时的电枢反应去磁作用2。根据电动小车的各种启动制动特点，设计的整个系统要求启动快、制动快，在不同的情况下，分别运行在恒功率和恒转矩两种不同的运行方式下。本系统选用适当的电动小车，无刷电机选用SY-94ZWX02型号。电机的额定值为 ：2.2 无刷直流电机的介绍、结构及工作原理 直流无刷电机的介绍无刷直流电机因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流电机的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好。无刷直流电动机 BrushlessDirectCurrent
