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1、 运动控制系统课程设计论文 题 目： 无刷直流电机调速系统设计 系 别： 专 业： 自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 论文成绩： 2015年12月 12 日目录1. 摘要 22. 引言23. 技术要求44. 技术指标.45. 电路设计.56. 保护电路.147. 调速的实现.178. 实验体会189. 参考文献18摘要随着社会的发展和人民的生活水平提高，人们对交通工具的需求也在不断发展和提高。电动自行车作为一种“绿色产品”已经在全国各省市悄然兴起，进入千家万户，成为人们，特别是中老年人和女士们理想的交通工具，受到广大使用者的喜爱。MC33035的典型控制功能包括PWM开环速度控
2、制、使能控制(起动或停止)、正反转控制和能耗制动控制。此芯片具有过流保护、欠压保护、欠流保护、又因此芯片低成本、高智能化、从而简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。设计的直流无刷电机控制器是采用MC33035芯片控制的，以本次设计结果表明，MC33035的典型控制功能带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。电动自行车作为一种新型交通工具已经在社会上引起很大的影响并受到广大使用者的喜爱。 关键词：电动自行车 MC33035 无刷直流电动机引言随着城市外延的扩大，交通机动化的需求不断增加，交通工具便利与否左右着人们的活动空间。电动自行车由于轻便、
3、快捷、价位等优势异军突起，日益成为自行车交通工具使用者的一种理想的并广受欢迎的个人交通工具。由于电动自行车自身所具有的优点和近几年来行业内技术的不断进步，决定了其将会有较为广阔的市场前景，尤其在中国这个人口大国，更是有它的用武之地。依靠科技进步，发展电动自行车，对抑制石油涨价，支持国家能源发展战略，降低环境污染;促进人与地球的和谐发展，方便寻常百姓出行，缓解城市交通拥堵，都具有重要的历史意义和现实意义本系统设计采用MOTOROLA公司MC33035无刷电机专用控制芯片实现无刷直流电动车启动、调速、刹车控制，并实现保护功能。利用MC33035内部的转子位置信号译码电路、温度补偿控制电路、频率外部
4、调整的锯齿波发生器、PWM 调制放大器、过流保护电路、欠压保护电路、芯片过热保护电路、输出驱动电路，外加电源驱动电路设计无刷电机控制器。基于MC33035 的电动自行车控制器设计一、 技术要求：设计基于MC33035的电动自行车控制器，具有刹车断电，电池欠电压保护，调速功能，结构简单，性能可靠。具体功能要求如下：1.调速功能： 1-4.4V霍尔调速手把，电子刹把或机械刹把。优化的PWM控制提高整车运行效率， 可实现加速、减速停车。2.电机限流保护：保证流进电机的电流不超过规定值，避免电流过大使电机及控制器受损。3.刹车断电：刹车开关在刹车时连通，线路将刹车信号送入控制器，控制器会自动关闭输出。
5、4.控制器欠压保护功能：当控制器电压下降到额定电压的80（欠压值）时，应能使电动机断电不工作，可避免短时重载欠压停车及临界欠压状态下不正常的运行振荡。5.电机限流保护：保证流进电机的电流不超过规定值，避免电流过大使电机及控制器受损。二、技术指标1.电源电压：48V2.欠压保护：电压值的903.过流保护：12A4.刹车：CMOS/TTL电平、高电平有效5.调速：调速信号电压由低到高（1.3V5.0V)控制器功耗: 3W6.控制器功耗: 3三、电路设计1.系统总体结构：根据题目要求，控制器基本框图可以概括为：以主控芯片为核心，外设电源电路、保护电路、驱动电路。控制器框图如下：无刷直流电机保护电路驱
6、动电路主控芯片 调速刹车电源部分图1 基于MC33035 的控制机构框图 2.主控芯片：MC33035 控制引脚功能键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。图2. MC33035 管脚排列及典型接法、如图2 中三相位置检测信号输入（SA、SB、SC）接无刷直流电机霍尔传感器，接收无刷电机的转动霍尔信号送入MC33035 处理；底部驱动输出（AB、BB、CB）和顶部驱动输出（AT、BT、CT）接驱动输入；VDD 和VC 管脚接一个15V 的电源；管脚7（OE）作为输出使能，接保护电路的信号输出端和刹车的控制输出，控制电动机运
7、转和停转；误差放大器同相输入即管脚11（ERA+）接调速电路，控制电机的转速；此控制器为开环控制，管脚12（ERA-）和管脚13（FR/PWM）相连接；管脚8（REF）接电机霍尔传感器，为其提供电源，另为保护电路提供参考电压，还振荡器的定时电路为电容充电；如果选用电机传感器为3 个，则60/120选择即管脚22 接地（低电平），电路工作在120传感器电气相位输入；管脚10（OSC）接一个电容和电阻来控制振荡频率；管脚14（ Fault ）解接一个LED 用作故障指示，当出现无效的传感器输入码、过流、欠压、芯片内部过热、使能端为低电平时，LED 发光报警，同时自动封锁系统，只有故障排除后，经系统
8、复位才能恢复正常工作。该控制器工作过程为：从电机转子位置检测器PS 送来的三相位置检测信号(SA、SB、SC)一方面送入MC33035，经芯片内部译码电路结合正反转控制端、起停控制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算后，产生逆变器三相上、下桥臂开关器件的六路原始控制信号，其中，三相下桥开关信号还要按无刷直流电机调速机理进行脉宽调制处理。处理后的三相下桥PWM 控制信号(AB、BB、CB)及三相上桥控制信号(AT、BT、CT)经过驱动放大后，施加到逆变器的六个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波交流电流。在控制电机运转的过程，如有出现过流或欠压的情况，MC33035
9、 就会控制电机停转，来保护电机和电池。计算过程：【1.】发光二极管串阻值R= 给发光二极管供电采用Vcc=5V，查阅资料，得到发光二极管的导通压降Vd=1.6V,又可得发光二极管最大允许工作做电流I=20mA，故所需要串接的电阻R可由公式（1）求得，此处为保证安全，取R=200 【2.】RC 时钟震荡电路W . f=根据产生自激震荡的条件，由式（2）可设计出符合要求的时钟震荡频率，合理调节R ,C 的大小即可。3.低电平刹车电路 图3.刹车电路图3为为刹车电路原理图，刹车电路信号输出连接到MC33035使能输出端OE，当此管脚无信号输入时，内部有上拉电流源使该内部置高，输出驱动电路正常工作。进
10、行刹车操作时，关闭刹车开关，输出一低电平至MC33035使能输出端OE，产生制动信号，使电动机停止工作。进行刹车时，输出一低电平，至使能输出端OE产生制动信号。4.霍尔信号电路 图3.霍尔传感器电路霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍
11、尔效应。在该控制其中，MC3305需根据电机的霍尔信号来控制电动机运转。直流无刷电动机和霍尔传感器和电动机本体一样，也是静止部分和运动部分组成，即位置传感器定子和位置传感器转子。其转子与电动机转子一同旋转，以指示电动机转子的位置。若干个霍尔元件按一定的间隔，等距离地安装在传感器定子上，以检测电动机转子的位置。位置传感器是无刷直流电动机系统的组成部分之一，其基本功能是在电动机的每一个电周期内，产生出所要求的开关状态数，检测转子在运动过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制他们的导通与截至，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向，驱动
12、永磁转子连续不断的旋转。三相永磁无刷直流电动机转子位置传感器输出信号A、B、C 在每360 度电角度内给出了6 个代码，按其顺序排列，6 个代码是101、100、110、010、011、001。设计的霍尔信号反馈电路就是要采集这6 个信号，而MC3303 有专门的霍尔信号输入接口。电机的3 个霍尔传感器和MC33035 的传感器输入脚（SA、SB、SC）相连，将转子位置信号传送到MC33035 中，MC33035 根据这个信号来控制电动机的运转。（1）在无刷直流动机中常用的转子位置传感器转子位置传感器是永磁无刷直流电机的关键部件。它对电机转子位置进行检测，其输出信号经过逻辑变换后去控制开关管的
13、通断，使电机定子各相绕组按顺序导通，保证电机连续工作。转子位置传感器也由定、转子组成，其转子与电机本体同轴，以跟踪电机转子的位置；其定子固定于电机本体定子或端盖上，以感应和输出转子位置信号。转子位置传感器的主要技术指标为：输出信号的幅值、精度，响应速度，工作温度，抗干扰能力，损耗，体积重量，安装方便性以及可靠性等。其种类包括磁敏式、电磁式、光电式、接近开关式、正余弦旋转变压器式以及编码器等。（2）霍尔器件在无刷直流电机中的应用当霍尔传感器用作无刷直流电机转子位置信息检测装置时，将其安放在电机定子的适当位置，霍尔器件的输出与控制部分相连。当无刷直流电机的永磁转子经过霍尔器件附近时，永磁转子的磁场令霍尔器件输出一个电压信号，该信号被送到控制部分，由控制部分发出信号使得定子绕组供电电路导通，给相应的定子绕组供电，从而产生和转子磁场极性相同的磁场，推斥转子继续转动。当转子到
