说明书
闭式液压控制无级变速器
技术领域
本发明涉及一种金属带式无级变速器，属于无级变速传动领域，尤其涉及一种闭式液压控制无级变速器。
技术背景
无级变速传动是一种理想的传动方式，自汽车诞生以来一直是人们追求的目标。金属带式无级自动变速器能根据车辆行驶条件自动连续变化速比，使发动机按最佳燃油经济性曲线或最佳动力性曲线工作。它与常规变速传动相比，可以显著提高汽车的燃油经济性，改善汽车的动力性和乘坐舒适性，降低发动机的排放污染等优点。
现有技术中，汽车金属带式无级变速器绝大部分采用电子液压系统控制，电液控制系统CVT最主要的耗能零部件是泵和液压系统。如图1所示，系统中的油泵1a由发动机带动，只要发动机工作，油泵1a和液压系统就要工作，尤其是目前绝大多数用的都是齿轮泵，属于定量泵，为了保证调速的反应速度，必须保证一定的流量，为了保证液压缸对锥盘－金属带的夹紧力，必须保证足够大的压力，能量损耗是不可避免的，是这种加压和调速系统固有的特点和缺点。汽车金属带式无级变速器除了存在上述的缺点外，还存在以下不足：一、电液控制系统中油泵1a由发动机带动，若是发动机工作在高速状态下多余的油泵排量流回油箱，无形中就产生很大的节流损耗；若是发动机转速低时，又会引起压力阀可以调节的有效范围减小，影响无级变速器的工作性能；二、电液控制系统中速比控制和夹紧力控制存在互相牵扯相互干扰的缺陷；三、夹紧力的大小主要通过滑阀2a（比例阀）控制，但滑阀价格贵，易受磨损，抗污染能力差，低负荷下运行时经济性差。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种高效节能、可靠性高、成本低廉的闭式液压控制无级变速器。
本发明提供的闭式液压控制无级变速器，包括主动轮液压缸、从动轮液压缸、并联在主动轮液压缸和从动轮液压缸上的速比控制回路和夹紧控制回路；
所述速比控制回路包括直流电机Ⅰ、双向液压泵和双向液压锁，所述双向液压泵由直流电机Ⅰ驱动，双向液压泵的两个油口分别与双向液压锁的进油口连通，双向液压锁的出油口分别与主动轮液压缸和从动轮液压缸连通；
所述夹紧控制回路包括直流电机Ⅱ、油泵、单向阀和高速开关电磁阀，所述油泵由直流电机Ⅱ驱动，油泵的出油口与两个单向阀的进油口连通，其中一个单向阀的出油口与主动轮液压缸连通，另一个单向阀的出油口与从动轮液压缸连通；在其中一个单向阀与主动轮液压缸连通的主油路上和另一个单向阀与从动轮液压缸连通的主油路上分别并联一个高速开关电磁阀，所述高速开关电磁阀的出油口连接油箱。
进一步，所述速比控制回路还包括梭阀，所述梭阀并联在双向液压泵的两个油口分别与双向液压锁的进油口连通的主油路之间，梭阀的进油口与油箱连通；
进一步，所述夹紧控制回路还包括安全阀，所述安全阀并联在与主动轮液压缸和从动轮液压缸连通的主油路之间并靠近主动轮液压缸和从动轮液压缸，安全阀的出油口连接油箱；
进一步，所述夹紧控制回路还包括蓄能器，所述蓄能器连接在油泵的出油口与两个单向阀的进油口连通的支油路上；
进一步，还包括电机和电磁阀控制回路，所述电机和电磁阀控制回路包括主动轮压力传感器、从动轮压力传感器、输入轴转速传感器、输出轴转速传感器和控制器；所述主动轮压力传感器设置在主动轮液压缸的进油口端，从动轮压力传感器设置在从动轮液压缸的出油口端，所述主动轮压力传感器和从动轮
压力传感器分别通过A/D转换器与控制器连接；所述输入轴转速传感器固定设置在主动轮的转轴上，输出轴转速传感器固定设置在从动轮的转轴上，所述输入轴转速传感器和输出轴转速传感器的信号输出端接入控制器；所述控制器分别通过驱动器控制直流电机Ι、直流电机Ⅱ和高速开关电磁阀。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、解决了目前电液控制系统中速比控制和夹紧力控制互相牵扯干扰的问题。本发明的速比控制回路和夹紧力控制回路并联在主动轮液压缸和从动轮液压缸的两个主油路上，分别控制速比和夹紧力，相互关联却又互不干涉，能实现规定范围内任意速比和夹紧力的精确调节。
2、本发明的闭式液压控制无级变速器的液压泵跟发动机分离开来，由专门的直流电机带动，解决了节流功率损耗问题，同时由于液压泵的进油口与出油口分别与主动轮液压缸和从动轮液压缸连通，从而减小了液压泵出入口之间的压力差，可以很大程度上减少功率损耗。初步计算一般情况下传递150NM扭矩速比调节时直流电机消耗的最大功率不到300瓦。因此能最大限度的节省燃油，经济性好。
3、节能效果显著。由于用直流电机驱动液压泵工作从而避免了节流损耗和溢流、卸荷损耗，另外电动机与执行元件的液压缸可做到较为理想的功率匹配。
4、提高了系统的寿命和可靠性，有效降低生产成本。由于用价格低廉、可靠性高的定量泵和锥阀（高速开关电磁阀）取代价格贵、精度要求高的滑阀（比例阀），克服了滑阀成本高，易受磨损，抗污染能力差，低负荷下运行时经济性差的缺点。
5、体积小、重量轻、效率高，可以实现高度集成一体化。
附图说明
图1为现有技术中电液控制系统的结构示意图；
图2为本发明的闭式液压控制无级变速器的结构示意图；
图3为电机和电磁阀控制回路的方框原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
图2为本发明的闭式液压控制无级变速器的结构示意图，图3为电机和电磁阀控制回路的方框原理图，如图所示：闭式液压控制无级变速器包括主动轮液压缸12、从动轮液压缸13、电机和电磁阀控制回路、并联在主动轮液压缸12和从动轮液压缸13上的速比控制回路和夹紧控制回路。
速比控制回路包括直流电机Ⅰ1、双向液压泵2、梭阀3和双向液压锁4。双向液压泵2由直流电机Ⅰ1驱动，双向液压泵2的两个油口分别与双向液压锁4的进油口连通，双向液压锁4的出油口分别与主动轮液压缸12和从动轮液压缸13连通；梭阀3并联在双向液压泵2的两个油口分别与双向液压锁4的进油口连通的主油路之间，梭阀3的进油口与油箱连通。其中主动轮液压缸12和从动轮液压缸13的横截面面积相等。双向液压泵2、双向液压锁4、主动轮液压缸12和从动轮液压缸13组成闭式油路，由直流电动机I1向双向液压泵2提供动力。系统中梭阀3的作用是使闭式油路无论速比增加还是减小均能给系统补充油液，防止双向液压泵2的吸油口吸收空气。
夹紧控制回路包括直流电机Ⅱ8、油泵7、单向阀5、安全阀10、蓄能器6和高速开关电磁阀9。油泵7由直流电机Ⅱ8驱动，油泵7的出油口与两个单向阀5的进油口连通，其中一个单向阀的出油口与主动轮液压缸12连通，另一个单向阀的出油口与从动轮液压缸13连通；在其中一个单向阀与主动轮液压缸12连通的主油路上和另一个单向阀与从动轮液压缸13连通的主油路上分别并联一个高速开关电磁阀9，高速开关电磁阀9的出油口连接油箱。安全阀10并联在与主动轮液压缸12和从动轮液压缸13连通的主油路之间并靠近主动轮液压缸12和从动轮液压缸13，安全阀10的出油口连接油箱，安全阀10的作用是保证回路中的油压不超过系统设定的最大值。蓄能器6连接在油泵7的出油口与两个单向阀5的进油口连通的支油路上，支油路上的蓄能器6可有效地稳定液压回路的压力波动。
电机和电磁阀控制回路包括主动轮压力传感器11a、从动轮压力传感器11b、输入轴转速传感器、输出轴转速传感器和控制器。主动轮压力传感器11a 设置在主动轮液压缸12的进油口端，从动轮压力传感器11b设置在从动轮液压缸13的出油口端，主动轮压力传感器11a和从动轮压力传感器11b分别通过A/D转换器与控制器连接。输入轴转速传感器固定设置在主动轮的转轴上，输出轴转速传感器固定设置在从动轮的转轴上，输入轴转速传感器和输出轴转速传感器的信号输出端接入控制器。控制器分别通过驱动器控制直流电机Ι1、直流电机Ⅱ8和高速开关电磁阀9。
直流电机I1的转速、方向和运行时间由控制器（本实施例的控制器采用单片机）控制，形成PWM调速式闭式液压系统。当电机I1正转时，主动轮液压缸12和从动轮液压缸13向右移，且移动距离相等，这样主动轮工作半径变大，从动轮工作半径变小，速比增加。当速比增加到目标速比时，单片机控制直流电机I1停止运转，此后速比就保持在当前目标速比下，直到下次需要变速时直流电机I1重新开始运转才发生改变。同理当直流电机I1反转时速比减小，速比减小的量也是由直流电机I1的运转时间确定。另外PWM脉宽调制占空比越高，直流电机I1转动的速度就越大，这样主动轮液压缸12和从动轮液压缸13运动的速度就越快，速比调节响应就越快。
夹紧力控制回路主要是控制金属带夹紧力的大小，来高效的传递扭矩。具体的实施是通过控制高速开关电磁阀9的脉冲宽度调制（PWM）技术来调节的。系统中的两个高速开关电磁阀9属于二位二通阀，分别连着主油路和油箱，当高速开关电磁阀9通电时（即电磁阀开）主油路与油箱接通。需要进行压力控制时，高速开关电磁阀9的控制口进行开和关的交替动作, 此时主油路的流量以及油压的增量将与高速开关电磁阀9的变调率成正比。若要使控制主油路压力升高，就延长高速开关电磁阀9关的时间；反之，若要主油路的压力降低则延长高速开关电磁阀9开的时间。控制口压力的值通过主动轮压力传感器11a 和从动轮压力传感器11b反馈至控制器,控制器将反馈值与目标值比较后,将相应的控制信号经指驱动器放大送到高速开关电磁阀,根据脉宽调制工作方式,调
整高速开关电磁阀9开或关的时间长短不同(即通过的平均流量不同),从而达到控制压力高低的目的。高速开关电磁阀9采用锥阀结构，对油液清洁度要求低,泄漏量也比较小。
驾驶员发动汽车后，控制系统开始工作，控制器（单片机）首先通过A/D 转换器接口将各种传感器的信号读入（本系统中两个转速传感器分别安装在主动轮和从动轮的转轴上，附图中没画出），单片机根据采集到的相关信号通过分析处理来确定无级变速器的目标速比和夹紧力。由于单片机的输出电流很小，不足以驱动电动机工作，所以单片机需要外接驱动器，然后单片机通过PWM调速控制直流电机I1的正反转、运转时间和运转速度，从而控制速比。至于夹紧力控制是由直流电机I8和高速开关电磁阀9来完成的。直流电机I8工作，主油路的压力值通过压力传感器反馈至控制器，与目标夹紧力比较后控制器通过控制高速开关电磁阀9的脉冲宽度调制（PWM）技术来调节夹紧力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
说明书附图
图1
图2
图3
中国地质大学长城学院 本科课程设计题目:基于80C51单片机的步进电机控制系统 系别信息工程系 学生姓名 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 职称讲师 2014 年6 月11 日
摘要 本文研究基于51系列单片机的步进电机控制系统设计，该系统包括以下几个部分：数据采集、数据处理、终端接收，该系统以汇编语言为单片机的驱动程序语言，单片机控制步进电机，主要任务是把二进制数变成脉冲序列，按相序输入脉冲以实现电机转动方向控制，利用单片机实现对步进电机的远距离实时监控，从而达到高效、节能的控制步进电机工作的目的,该系统具有成本低、控制方便的特点。使用单片机驱动四相步进电机，控制步进电机以四相八拍的方式运行，来实现步进电机正向/反向旋转，P1.0～P1.3分别控制步进电机；P1.5～P1.7分别控制步进电机的停止、正转、反转。 关键词：51单片机；步进电机；数据采集；汇编语言；
目录 摘要 0 1 设计目的 (1) 2设计内容与要求 (1) 3 总体设计方案 (1) 3.1整体方案 (1) 3.2具体方案实现 (1) 4系统硬件设计 (2) 4.1复位电路 (2) 4.2晶振电路 (2) 4.3按键电路 (3) 4.4指示灯电路 (3) 4.5驱动电路 (4) 4.6步进电机 (4) 5程序软件设计 (5) 5.1程序流程图 (5) 5.2源程序 (6) 6系统调试与仿真 (7) 7总结 (8)
1设计目的 1．掌握单片机控制步进电机的硬件接口电路。 2．掌握步进电机驱动程序的设计和调试方法。 3．熟悉步进电动机的工作特性。 2设计内容与要求 1．查阅资料，了解步进电机的工作原理。 2．通过单片机给定参数控制电机转动。 3．通过按钮控制正转、反转和停止。 3总体设计方案 3.1整体方案 本系统主要是由AT89C51，步进电机控制器ULN2004，步进电机，通过单片机编程，实现步进电机控制的脉冲分配，使电机实现正转，反转以及停止等功能 3.2具体实现方案 根据系统要求画出单片机控制步进电机的控制框图，见下图。系统包括单片机、按键、驱动电路和步进电机。 键盘80c51单片机 步进电机 驱动电路
目录 一前言 (1) 二总体方案设计 (1) 1工作原理 (1) 2方案选择 (1) 2.1时钟脉冲 (1) 2.2脉冲分配器 (1) 2.3驱动器 (1) 3 总的框架 (2) 三单元模块设计 (2) 1单片机模块 (2) 1.1复位控制 (3) 1.2单片机频率 (3) 2接口 (3) 3驱动器ULN2003 (4) 4按键模块 (5) 5步进电机 (5) 5.1工作原理 (5) 5.2 28BYJ48型四相八拍 (7) 四整机调试与技术指标测量 (8) 五设计总结 (8) 参考文献 (9) 附录1电路原理图 (10) 附录2 源程序 (11)
一、前言 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 二、总体方案设计 1、工作原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 2、方案选择 （1）时钟脉冲 通常有两种方法实现： 方案一直接有硬件组成如：多谐振荡器 LC 等。 方案二用软件的方式形成优点便于随时更改，调整。 为了方便我们选用软件方式有单片机实现。 （2）脉冲分配器 方案一硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 方案二软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改变步进电机的控制方案。 考虑到硬件设备的有限和对步进电机的控制我们选择软件环分可以有单片机实现。 （3）驱动器 方案一使用功率场效应管的单电压功放电路。
步进电机工作原理、驱动控制系统与选型 一、感应子式步进电机工作原理 （一）反应式步进电机原理 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。 如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。 如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て。 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A 相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，
电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 其磁通量Ф=Br*S ；Br为磁密；S为导磁面积； F与L*D*Br成正比；L为铁芯有效长度；D为转子直径；Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 （二）感应子式步进电机
电机驱动及控制模块
3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp
电机行业专业求职平台 1.步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况 下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 提及此知识，希望能给予正在对电机选型的客户有所帮助。 2.力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度，则产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。 力矩=力*半径 力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 一、混合式步进电机
电机行业专业求职平台1、特点： 混合式（又称感应子式步进电机）与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 混合式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运 行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= A ,D=B . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相， 而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，更可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 混合式步进电机可分二相、三相、四相、五相等，我公司混合式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110 H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H. 3、步进电机的静态指标术语 相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半 步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）
1.2 电机驱动系统效率优化控制技术研究现状 电动汽车的动力由电动机提供，电机驱动系统（简称驱动系统）的性能直接影响了电动汽车的性能。电动汽车系统需要能够满足频繁停车启动、加速、大负载爬坡以及紧急制动等要求，也需要考虑到汽车行驶路况复杂多变，存在雨天、酷热、下雪等恶劣天气，以及颠簸、泥泞等复杂路况。另外，在满足行驶条件的情况下还应最大限度地保证驾驶人员和乘坐人员的舒适安全。作为电动汽车的核心部分，驱动系统应满足宽调速范围、宽转矩输出范围、良好的加减速（起动、制动）性能、运行效率高（提高续航里程）以及高可靠性等要求。 针对永磁同步电机驱动系统的效率优化，总体来说可分为以下三个方向： 1）从电机本体的电磁设计、制造工艺以及电机的材料着手，开发高效电机。 2）改进脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术，降低功率开关器件上的损耗从而提高逆变器的整体效率；降低变频器输出电压的谐波含量，如采取空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)技术和软开关技术，减小谐波含量从而提高驱动系统的整体效率。 3）研究合适的控制策略，在保证电机满足运行条件的情况下减小直流侧的功率输入，提高驱动系统的效率。 目前，针对永磁同步电机驱动系统效率优化所提出的控制策略很多，总体来说可以分为两大类：第一类是基于损耗模型的效率优化控制(Loss Model Control，LMC)策略；第二类是基于搜索法的效率优化控制(Search Control，SC)策略。下面分别进行概述。 1.2.1 基于损耗模型的效率优化控制策略 该控制策略作为一种基于前馈式的控制方法，基本原理是：在充分考虑电机各部分损耗的基础上，建立较为精确的损耗模型，根据电机运行状况（负载转矩和实际转速）计算出该运行状况下最优的控制变量（一般为磁场、电压或者电流）以减小驱动系统的损耗。若控制变量为电枢电流，对永磁电机驱动系统来讲一般选择最优的直轴电流i d和交轴电流i q，对混合励磁电机驱动系统来讲包括i d、i q以及励磁电流I f。这种控制策略目前已被广泛应用到了闭环传动系统中，可以保障电机驱动系统在全局运行范围内都能实现效优化。基于损耗模型的同步电机效率优化控制基本框图如图1.1所示。 基于损耗模型的驱动系统效率优化策略最早由T.M.Rowan和T.A.Lipo[1]，以及H.G.Kim [2]等人提出并进行研究；1987年Bose[3][4]等人将该策略运用到永磁同步电机驱动系统中。美国学者X.Wei和R.D.Lorenz已将基于损耗模型控制策略结合直接转矩控制(Direct Torque Control，DTC)中，以提高永磁同步电机在瞬态过程中的效率[5]。针对同步电机而言，基于损耗模型的效率优化策略总共可以分为五种类型：考虑铁损的损耗模型控制策略[6][7]、考虑铜损的损耗模型控制策略[8][9]、考虑铁损和铜损的损耗模型控制策略[10][11]、基于电机精确损耗模型损耗模型控制策略[12][13]和约束条件下的损耗模型控制策略[14][15]。
纯电动汽车驱动电机应用概述 郑金凤 胡冰乐 张翔 (福建农林大学机电工程学院，福建 福州 350002) 摘 要：介绍了目前纯电动汽车的发展状况，叙述了纯电动汽车驱动电机不同类型的特点及相关的控制方法。还介绍了一些目前应用比较广泛的驱动电机控制方法的主要内容及其所解决的相关问题。 关键词：纯电动汽车 驱动电机 矢量控制 直接转矩控制 中图分类号：TP202 文献标识码：A Driving Motor for Electric Vehicles Application Overview Zheng Jinfeng Hu Bingle Zhang Xiang (College of Mechanical and Electronic Engineering，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou 350002，China) Abstract: the current state of development of electric vehicles and features of the electric vehicles are described.Otherwise,driving motors and its control methods are narrated. Also major contents of some driving motor control methods applied extensively at present and its related issues are discussed. Key words：Electric vehicle，Drive motor，Vector control，Direct Torque Control 引言 由于环境保护越来越受消费者和政府的重视，以及能源价格的不断上涨，使得世界的汽车制造商都纷纷加大开新能源汽车开发力度。在去年金融危机的影响下，今年以来，由于全球大多主流的汽车市场纷纷出现衰退，尤其以美国和日本为代表的两大汽车市场出现了急剧下滑，使得美国和日本汽车厂家不得不加速原本保守的计划，从而重新刺激美国和日本等原有核心市场。而电动汽车以电能为能源，具有零排放无污染的突出优点，因此备受汽车界的推崇。在中国，政府今年也不断的推出各种政策来促进纯电动汽车的发展。回顾一下国际上电动汽车的发展史，连这次至少有四次，世界汽车工业界要启动纯电动汽车，但是前三次都失败了。前三次失败主要是因为电池。前三次基本上都是以铅酸电池为基础，由于他的比能量和比价格都比较差，所以没有得到推广。现在随着电池技术的不断发展，使得纯电动汽车的推广得以实现。现在纯电动汽车主要采用的是锂电池，锂电池的比能量是铅酸电池的八到十倍，且质量轻。今年比亚迪、丰田、奇瑞等汽车公司都将推出各自的纯电动汽车。并且电动汽车将可能慢慢成为汽车发展的一种趋势和必然[1,2,3]。 1各种电动汽车驱动电机的性能[4-11] 纯电动汽车关键的难点重点在于电池技术和驱动电机。电池技术已经在一定程度上得到了突破。下面主要讨论一下驱动电机的相关状况。 1.1电动汽车驱动电机控制的关键问题 电动汽车是以车载电源为动力，并采用电动机驱动的一种交通工具。电机及其驱动系统是电动汽车的核心部件之一，由于电动汽车在运行过程中频繁起动和加减速操作，对驱动系统的有着很高的要求。下面主要阐述控制过程中的一些关键问题: （1）用在电动汽车的电动机应具有瞬时功率大、过载能力强(过载3～4倍)、加速性能好，使用寿命长的特点。 （2）电动汽车用电动机调速范围应该宽广，包括恒转矩区和恒功率区。要求在低速运行时可以输出大恒定转矩，来适应快速起动、加速、负荷爬坡等要求；高速时能够输出恒定功率，能有较大的调速范围，以适应平坦的路面、超车等高速行驶要求。
随着技术的不断进步，加上国家政策的大力扶持，新能源汽车已经成为了诸多汽车族的首选。相比传统汽车，新能源汽车具有环保、节能、简单三大优势，以电动机代替燃油机，由电机驱动而非自动变速箱。下面就给大家介绍一下新能源汽车的驱动电机系统。 传统的内燃机能高效产生转矩时的转速限制在一个窄的范围内，这就是为何传统内燃机汽车需要庞大而复杂的变速机构的原因；而电动机可以在相当宽广的速度范围内高效产生转矩，在纯电动车行驶过程中不需要换挡变速装置，操纵方便容易，噪音低。 与混合动力汽车相比，纯电动车使用单一电能源，电控系统大大减少了汽车内部机械传动系统，结构更简化，也降低了机械部件摩擦导致的能量损耗及噪音，节省了汽车内部空间、重量。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，驱动电机及其控制系统是新能源汽车的核心部件(电池、电机、电控)之一，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。
电动汽车中的燃料电池汽车FCV、混合动力汽车HEV和纯电动汽车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行驶，选择合适的电动机是提高各类电动汽车性价比的重要因素，因此研发或完善能同时满足车辆行驶过程中的各项性能要求，并具有坚固耐用、造价低、效能高等特点的电动机驱动方式显得极其重要。 驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标，它是电动汽车的重要部件。电动汽车的整个驱动系统包括电动机驱动系统与其机械传动机构两个部分。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成，结构如下图所示。 电动机驱动系统的基本组成框图 电动机一般要求具有电动、发电两项功能，按类型可选用直流、交流、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机，如图3。功率转换器按所选电机类型，有DC/DC 功率变换器、DC/AC功率变换器等形式，其作用是按所选电动机驱动电流要求，将蓄电池的直流电转换为相应电压等级的直流、交流或脉冲电源。电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器(逆变器)构成，驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1，根据设计原理
目录 一、伺服驱动概述 (1) 二、本产品特性 (2) 三、电路原理图及PCB版图 (4) 四、电路功能模块分析 (4) 五、焊接（附元件清单） (14) 六、编者设计体会 (16)
一．伺服驱动概述 1. 伺服电机的概念 伺服电机是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，作为一种执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机是可以连续旋转的电－机械转换器，直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。 2.伺服电机分类 普通直流伺服电动机 直流伺服电机 { 低惯量直流伺服电动机 直流力矩电动机 3. 控制系统对伺服电动机的基本要求 宽广的调速范围 机械特性和调节特性均为线性 无“自转”现象 快速响应 控制功率小、重量轻、体积小等。 4. 直流伺服电机的基本特性 （1）机械特性在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M 变化而变化的规律，称直流电机的机械特性 （2）调节特性直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性 （3）动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性 5. 直流伺服电机的驱动原理 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷直流伺服电机电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护不存在碳刷损耗的情况，效率很高，运行温度低噪音小，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境
MSP430单片机对步进电机的驱动控制设计 单片机实现的步进电机控制系统具有成本低、使用灵活的特点，广泛应用于数控机床、机器人，定量进给、工业自动控制以及各种可控的有定位要求的机械工具等应用领域。步进电机是数字控制电机，将脉冲信号转换成角位移，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，非超载状态下，根据上述线性关系，再加上步进电机只有周期性误差而无累积误差，因此步进电机适用于单片机控制。步进电机通过输入脉冲信号进行控制，即电机的总转动角度由输入脉冲总数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路是根据单片机产生的控制信号进行工作。因此，单片机通过向步进电机驱动电路发送控制信号就能实现对步进电机的控制。 1 系统设计原理 步进电机控制系统主要由单片机、键盘LED、驱动／放大和PC上位机等4个模块组成，其中PC机模块是软件控制部分，该控制系统可实现的功能：1）通过键盘启动／暂停步进电机、设置步进电机的转速和改变步进电机的转向；2）通过LED管显示步进的转速和转向等工作状态；3）实现三相或四相步进电机的控制：4）通过PC上位机实现对步进电机的控制（启停、转速和转向等）。为保护单片机控制系统硬件电路，在单片机和步进电机之间增加过流保护电路。图l为步进电机控制系统框图。 2 系统硬件电路设计 2．1 单片机模块 单片机模块主要由MSP430FG4618单片机及外围滤波、电源管理和晶振等电路组成。MSP430FG4618单片机内部的8 KB RAM和116 KB Flash满足控制系统的存储要求，P1和P2端口在步进电机工作过程中根据按键状态判断是否跳入中断服务程序来改变步进电机的工作状态，USART模块实现单片机和PC上位机之间的通信，实现PC机对步进电机控制。电源管理电路提供稳定的3．3 V和5 V电压，分别给单片机、晶振电路和驱动和功率放大电路供电。32 kHz晶振给单片机、键盘／显示接口器件8279和脉冲分配器
丰田普锐斯电机及驱动控制系统解析 作为全球最成功的环保车型，丰田普锐斯（PRIUS）早已成为油电混合动力车型中的全球销量冠军，即使在我们的身边，也经常可以见到它们的身影。目前，在国内生产的丰田普锐斯（PRIUS）是采用丰田第二代混合动力系统，集发动机和电动机组合而成的并行混合动力车（图1）。 丰田第二代混合动力系统(THS-Ⅱ)，可以根据车辆行驶状态，灵活地使用2 种动力源，并且弥补2种动力源之间不足之处，从而降低燃油消耗，减少有害气体排放，发挥车辆的最大动力。由于其THS-Ⅱ电机及驱动系统结构复杂，技术先进，本文将为大家详细介绍该系统的结构及基本原理，以帮助读者更进一步了解THS-Ⅱ系统。 一、THS-Ⅱ电机及驱动控制系统的特点 1.在电动机和发电机之间采用AC500V高压电路传输，可以极大地降低动力传输中电能损耗，高效地传输动力。 2.采用大功率电机输出，提高电机的利用率。当发动机工作效率低时，此系统可以将发动机停机，车辆依靠电机动力行驶。 3.极大地增加了减速和制动过程中的能量回收，提高能量的利用率。 二、THS-Ⅱ电机及驱动系统基本组成 1.HV蓄电池：由168个单格镍氢电瓶（1.2V×6个电瓶×28个模块）组成，额定电压DC20 1.6V，安装在车辆后备厢内。在车辆起步、加速和上坡时，HV蓄电池将电能提供给驱动电机。 2.混合动力变速驱动桥：混合动力变速驱动桥由发电机MG1、驱动电机MG2和行星齿轮组成（图2）。
3.变频器：由增压转换器、逆变整流器、直流转换器、空调变频器组成。 （1）增压转换器：将HV蓄电池DC201.6V电压增压到DC500V（反之从DC500V降压到DC201.6V）。 （2）逆变整流器：将DC500V转换成AC500V，给电动机MG2供电。反之将AC500V 转换成DC500V，经降压后，给HV蓄电池充电。 （3）直流转换器：将HV蓄电池DC201.6V降为DC12V，为车身电器供电，同时为备用蓄电池充电。 （4）空调变频器：将HV蓄电池DC201.6V转换成AC201.6V交流电为空调系统中电动变频压缩机供电。 4.HV控制ECU采用32位计算机，接收来自传感器和ECU（发动机ECU、HV蓄电池ECU、制动防滑控制ECU、电动转向ECU）信息。根据此信息，计算车辆所需的扭矩和功率，将计算结果发送给发动机ECU，变频器总成，蓄电池ECU和制动防滑控制ECU。 三、THS-Ⅱ系统电机（MG1、MG2）工作原理 交流伺服驱动系统中，应用的交流永磁驱动电机有两大类。一类称为无刷直流同步电动机（BDCM），另一类称为三相永磁同步电动机（PMSM），THS-Ⅱ系统的电机（MG1、MG2）属于BDCM类型的驱动电机。 BDCM用装有永磁体转子代替了有刷直流电动机的定子磁极。有刷直流电动机依靠机械换向器，将直流电流转换成近似梯形波的交流电流。而BDCM是将逆变器产生的方波交流电流直接输入电机定子绕组，省去了机械换向器和电刷。BDCM定子绕组中通
步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。随着电子科学技术的发展，步进电机的应用越来越广泛。 微型步进电机在选择减速电机时要看下驱动IC的角度看步进电机，微型步进电机是由微型电机和步进电机的统称。那么，下面由维科特简单介绍微型步进电机的驱动系统： 微型同步电机检波：微型同步电机压降会造成芯片内部很大功耗，在反向电流泄放路径，都要经过两个肖特基二极管，打开肖特基二极管并联的MOS管，通过在反向放电时，可以使电流走MOS管旁路，以便能够减小芯片功耗。 单双无型极性电机的区分单极性电机，由单极性IC驱动。其一端接Vcc，输出力矩降至full step的9.8%，另一端由IC控制连接或断开微步驱动，会造成每步输出力矩下降细分为1/16时，1/32时，降至4.91%，到1/128时，降至1.23%。微型步进电机驱动的最大好处就是共振低，噪声小。
微型电机衰减模式：由于电机为感性负载，会引入反生电动势，在快速通断时时，必须考虑其泄放途径。有两种基本衰减模式：一种快速衰减：方法是先关闭source、sink极，接着线组对负电机电源放电。另一种慢速衰减：只source极关闭，绕组短路放电。为使电机驱动电流更加理想化，一般电机驱动IC，都使用混合衰减模式：先快速衰减，再慢速衰减，而且可以调整快速衰减→慢速衰减的切换时间点，以达到波形更精细的控制。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有市场竞争力的步进电机系统解决方案。我们的主要产品有信浓(SHINANO KENSHI)混合式步进电机、日本脉冲(NPM)永磁式步进电机、减速步进电机、带刹车步进电机、直线步进电机、空心轴步进电机、防水步进电机以及步进驱动器、减振垫、制振环、电机引线、拖链线、齿轮、同步轮、手轮等专业配套产品。我们还供应德国TRINAMIC驱动芯片和日本NPM运动控制芯片。根据客户配套需要，我们还可以提
电机驱动控制系统 摘要 由于单片机具有体积小、集成度高、运算速度快、运行可靠、应用灵活、价格低廉以及面向控制等特点，因此在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、智能化设备和各种家用电器等领域得到广泛的应用，而且发展非常迅猛。随着单片机应用技术水平不断提高，目前单片机的应用领域已经遍及几乎所有的领域。 与交流电动机相比，直流电机结构复杂、成本高、运行维护困难，但是直流电机具有良好的调速性能、较大的启动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业仍大量应用。近年来，直流电动机的机构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域以及新型的电力电子功率元器件的不断出现，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）已成为直流电机新的调速方式。这种调速方法具有开关频率高、低速运行稳定、动态性能良好、效率高等优点，更重要的是这种控速方式很容易在单片机控制系统中实现，因此具有很好的发展前景。 本设计为单片机控制直流电机，以AT89C51单片机为核心，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。由键盘控制电动机执行启停、速度和方向等各种功能，用红外对管测量电机的实际转速，并通过1602液晶显示出控制效果。设计上，键盘输入采用阵列式输入，用4*4的矩阵键盘形式，这样可以有效的减少对单片机I/O口的占用。
关键词：AT89C51 PWM 电机测速 一、硬件设计 1、总体设计
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1918 2122232425262728 1.2.2 1602液晶显示模块 本模块实现了转速等显示功能。 D ：方向；占空比；预设转速；实测速度； 1.2.3键盘模块 根据实验要求，需由按键完成对直流电机的控制功能，并经分 析得出需要16个按键，为节省I/O 口并配合软件设计，此模块使用了4*4的矩阵模式。并通过P1口与主机相连。 1.2.4 PWM 驱动电路模块设计与比较
步进电机驱动与控制系统的设计 李国厚 (河南科技学院,河南新乡453003) 摘要:PLC 由于简单易学和可靠性高等优点而被广泛应用。步进电机是一种常用的机电执行元件,相应的驱动和控制电路对于其整体性能起着非常重要的作用。采用PLC 和大功率晶体管实现步进电机的驱动和控制。整个系统具有结构简单、可靠性高、成本低和实用性强等特点,具有 较高的通用性和应用推广价值。 关键词:步进电机;控制器;驱动器 中图分类号:TM383.6 文献标志码:A 文章编号:1003-0794(2008)02-0114-03 Design of Drive and Control System for Stepper Motor LI Guo -hou (Henan Institute of Science and Technology ,Xinxiang 453003,China ) A bstract :PLCs are widely used because of their simplicity and high reliability .The stepper motor is a kind of conventional electromechanic executive elements ,and the corresponding driving and control circuits have very important effects upon its overall performance .PLC and the high -power transistors are used to implemented driving and control of the stepper motor .The whole system has such features as simple structure ,high reli -ability ,low cost ,and good practibility ,etc .,and possesses better versatility and higher values of application and generalization .Key words :stepper motor ;controller ;driver 0 引言 PLC 作为新一代的工业控制器,由于具有通用性好、实用性强、硬件配套齐全、编程简单易学和可靠性高等优点而广泛应用于各行业的自动控制系统中。 步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机,其位移速度与脉冲频率成正比,位移量与脉冲数成正比。步进电机在结构上也是由定子和转子组成,可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。当定子上绕组通电时,可产生激励磁场,并与转子形成回路。如果转子和定子之间的齿没有对齐,由于磁力线力图走磁阻最小的线路,从而带动转子旋转一角度,使转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子绕组矢量磁场旋转一个角度,转子也随着该磁场旋转一个角度。因此,控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。每来一个脉冲电压,转子就旋转一个步距角,称为一步。根据电压脉冲的分配方式,步进电机各相绕组的电流轮流切换,在供给连续脉冲时,就能一步一步地连续转动,从而使电机旋转。每转一周的步数相同,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。随着电力电子技术的发展,可以实现细分驱动,即将一个步距角细分成若干小步来驱动。步进电机必须使用专用的 步进电机驱动设备才能够正常工作。步进电机系统的运行性能,除与电机自身的性能有关外,在很大程度上还取决于驱动设备性能的优劣。1 控制原理 常用的步进电机分为反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等类型,不同的步进电机在控制方式上基本是一样的。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。在实际应用中,反应式步进电机比较常用。步进电机具有步进数可控、运行平稳,价格便宜等优点。作为控制执行元件,步进电机是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种控制系统和精密机械等领域。 步进电机可以直接接受数字信号,不需要进行数字与模拟量的转换,具有高精度的快速启停能力。如果选用三相六拍,步距是1.5°,即进一步,电机转动1.5°,也即200步才能转动1周。步进电机直接由数字信号控制,其控制程序可以分为脉冲序列的生成、方向的控制、步进电机变速控制程序三部分。1.1 步进电机控制的基本原理 步进电机的基本控制包括转向控制和速度控制2个方面。从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机 — 114—第29卷第2期 2008年 2月 煤 矿 机 械Coal Mine Machinery Vol . 29No .2Feb .2008 DOI :10.13436/j .m kjx .2008.02.085
电动汽车电机控制器 一、电机控制器的概述 根据GB/T 18488.1-2001《电动汽车用电机及其控制器技术条件》对电机控制器的定义，电机控制器就是控制主牵引电源与电机之间能量传输的装置、是由外界控制信号接口电路、电机控制电路和驱动电路组成。 电机、驱动器和电机控制器作为电动汽车的主要部件,在电动汽车整车系统中起着非常重要的作用,其相关领域的研究具有重要的理论意义和现实意义。 二、电机控制器的原理 图1汽车电机控制器原理图 电机控制器作为整个制动系统的控制中心，它由逆变器和控制器两部分组成。逆变器接收电池输送过来的直流电电能，逆变成三相交流电给汽车电机提供电源。控制器接受电机转速等信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，控制器控制变频器频率的升降，从而达到加速或者减速的目的。 三、电机控制器的分类 1、直流电机驱动系统 电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式，控制技术简单、成熟、成本低，但效率低、体积大等缺点。 2、交流感应电机驱动系统 电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应。
3、交流永磁电机驱动系统 包括正弦波永磁同步电机驱动系统和梯形波无刷直流电机驱动系统，其中正弦波永磁同步电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速；梯形波无刷直流电机控制通常采用“弱磁调速”方式实现电机的控制。由于正弦波永磁同步电机驱动系统低速转矩脉动小且高速恒功率区调速更稳定，因此比梯形波无刷直流电机驰动系统具有更好的应用前景。 4、开关磁阻电机驱动系统 开关磁阻电机驱动系统的电机控制一般采用模糊滑模控制方法。目前纯电动汽车所用电机均为永磁同步电机，交流永磁电机采用稀土永磁体励磁，与感应电机相比不需要励磁电路，具有效率高、功率密度大、控制精度高、转矩脉动小等特点。 四、电动控制器的相关术语 1、额定功率：在额定条件下的输出功率。 2、峰值功率：在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。 3、额定转速：额定功率下电机的转速。 4、最高工作转速：相应于电动汽车最高设计车速的电机转速。 5、额定转矩：电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。 6、峰值转矩：电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。 7、电机及控制器整体效率：电机转轴输出功率除以控制器输入功率再乘以100%。 扩展阅读： WP4000变频功率分析仪应用于电动汽车电机试验 现行的电动汽车相关标准大全 如何选择电动汽车电池监测系统 hb
近年来，在我国作为技术的纯的研发与应用取得了突破性发展。这就客观要求行业提升维修水平，升级故障维修手段，利用有效的电子诊断技术提升效率。本文以北汽纯的具体故障作为切入点，通过故障分析及其排除过程，对关键技术进行相应的探究。 一、故障现象 一辆北汽生产的EV 160新能源纯，整车型号为：BJ7000B3D5－BEV，电机型号为：TZ20S02，电池型号为：29/135/220－80Ah，电池工作电压为320V。该车行驶里程为万km，出现无法行驶且仪表报警灯常亮、报警音鸣叫的故障；故障发生时电机有沉闷的“咔、咔”声。 二、系统重要作用及其结构原理 驱动电机系统由驱动电动机（DM）、驱动电机控制器（MCU）构成，通过高低压线束与整车其它系统作电气连接。驱动电机系统是纯三大核心部件之一，是车辆行驶的主要执行机构，其特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。 1．驱动电机系统工作原理 在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是执行控制单元给出的命令，即控制器输出命令。如图1所示，控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。 整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。电机控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统和整车安全可靠运行。 电机控制器（MCU）由逆变器和控制器两部分组成。驱动电机控制器采用三相两电平电压源型逆变器。逆变器负责将动力电池输送的直流电电能逆变成三相交流电给汽车驱动电机提供电源；控制器接受驱动电机和其它部件的信号反馈到仪表，当发生制动或者加速行为时，它能控制频率的升降，从而达到加速或减速的目的。 电机控制器是依靠内置旋转变压器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等来提供电机的工作状态信息，并将驱动电机运行状态信息实时发送给VCU。驱动电机系统的控制中心，又称智能功率模块，以绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT）为核心，辅以驱动集成电路、主控集成电路，对所有的输入信号进行处理，并将驱动电机控制系统运行状态的信息通过网络发送给整车控制器，同时也会储存故障码和数据。 2．驱动电机关键部件结构及其工作原理