无刷直流电机驱动 James P. Johnson, Caterpiller公司 本章的题目是无刷直流电动机及其驱动。无刷直流电动机（BLDC）的运行仿效了有刷并励直流电动机或是永磁直流电动机的运行。通过将原直流电动机的定子、转子内外对调—变成采用包含电枢绕组的交流定子和产生磁场的转子使得该仿效得以可能。正如本章中要进一步讨论的，输入到BLDC定子绕组中的交流电流必须与转子位置同步更变，以便保持磁场定向，或优化定子电流与转子磁通的相互作用，类似于有刷直流电动机中换向器、电刷对绕组的作用。该原理的实际运用只能在开关电子学新发展的今天方可出现。BLDC电机控制是今天世界上发展最快的运动控制技术。可以预见，随着BLDC的优点愈益被大家所熟知且燃油成本持续增加，BLDC必然会进一步广泛运用。 2011-01-30 23.1 BLDC基本原理 在众文献中无刷直流电动机有许多定义。NEMA标准《运动/定位控制电动机和控制》中对“无刷直流电动机”的定义是：“无刷直流电动机是具有永久磁铁转子并具有转轴位置监测来实施电子换向的旋转自同步电机。不论其驱动电子装置是否与电动机集成在一起还是彼此分离，只要满足这一定义均为所指。”
图23.1 无刷直流电机构形 2011-01-31 若干类型的电机和驱动被归类于无刷直流电机，它们包括： 1 永磁同步电机（PMSMs）； 2 梯形反电势(back - EMF)表面安装磁铁无刷直流电机； 3 正弦形表面安装磁铁无刷直流电机； 4 内嵌式磁铁无刷直流电机； 5 电机与驱动装置组合式无刷直流电机； 6 轴向磁通无刷直流电机。 图23.1给出了几种较常见的无刷直流电机的构形图。永磁同步电机反电势是正弦形的，其绕组如同其他交流电机一样通常不是满距，或是接近满距的集中式绕组。许多无刷直流电
直流无刷电机的控制技术 摘要围绕直流无刷电机控制运用广泛技术——基于DSP的控制系统进行了系统研究，采取模糊控制策略，设计出上位监控系统，数字化、智能化的控制系统提出方案，实践证明了系统的平稳性和快速性满足要求。 关键词直流无刷电机；DSP控制；模糊控制 0引言 数字信号（Digital Signal Processing ，DSP）是涉及很多学科，它广泛被用于很多学科与技术领域。数字信号处理器称为DSP芯片，适用在数字信号处理运算的微处理器，能够快速的在数字信号处理算法上实现。现今，DSP芯片用于运动上的控制、数控机床的控制、航天航空的控制、电力系统上的操作、自动化仪器的控制等各个领域[1]，该文主要介绍这种基于DSP芯片控制直流无刷电机智能化控制系统的设计。 1 系统结构设计 系统组成由“PC 上位机、电源单元、TMS320LF2407 DSP芯片、无刷直流电机、检测单元、功率驱动模块、通讯接口”等。（见图1） 1.1 DSP芯片的选择 DSP芯片的选择是很重要的，选对了DSP芯片才能设计出其外围电路和其他电路。DSP芯片的选择要根据实际的应用系统进行确定。DSP芯片由于场合不同选择的也就不同，我们要考虑DSP芯片的运算速度、价格、运算精度、功耗、硬件的资源等。我们根据系统要求，选择TI公司TMS320LF2407芯片。 1.2无刷直流电机 该电机采取1500转/分, 无刷直流电机采用1.78A、27V电压进行供电，电机换向电路主要是由控制和驱动组成，直流无刷电机自身属于机电能量转换部分，该部分由电机电枢、永磁、传感器组成。我们把电机的电轴绕组在定子上、把永磁放在转子上，其目的是为了实现换向。无刷直流电机的工作方式是两相导通的星型3相6状态，这样操作方式是因为转子在旋转定子电流中进行不断换相来保证两个磁场电流方向不发生改变，控制3相定子电流通电顺序与大小控制电机旋转的速度。 1.3功率的驱动模块 TOSHIBA公司采用IPM系列智能型模块，IPM主要集成了检测、控制、逻辑、保护电路这样有效提高了稳定性与可靠性。东芝的高速光耦TLP550（F）是
一鼓风机转速控制 鼓风机转速控制由鼓风机转速控制开关电路和水温控制开关电路构成。鼓风机转速控制开关包括：自动空调放大器、鼓风机电阻器和功率晶体管。功率晶体管根据来自空调器放大器的BLW端子的鼓风机驱动信号，改变流至鼓风机电机的电流，从而改变鼓风机转速。功率晶体管有一个熔点为114℃的温控保险丝，以保护晶体管不致因过热而损坏。水温控制开关电路是由水温传感器感知发动机冷却液温度，进行发动机预热控制。鼓风机转速控制运行过程如下 鼓风机控制电路图 1鼓风机转速的自动控制 鼓风机转速的自动控制过程与温度控制相似，是根据TAO值自动控制鼓风机转速。AUTO（自动）开关位于暖风装置控制板上。当这个开关接通时，自动空调器放大器根据TAO 的电流强度控制鼓风机转速。
鼓风机转速与TAO值的关系图 （1）低速运转 AUTO开关位于暖风装置控制板上。当这个开关接通时，安装在自动空调器放大器内的微电脑接通TR1，起动暖风装置继电器。这使电流从蓄电池流至暖风装置继电器，然后流至鼓风机电机，再流至鼓风机电阻器，后接地。这样，就使鼓风机电机低速运转。同时AUTO （自动）和Lo（低速）指示灯亮。 鼓风机低速运转电路运作图 （2）中速运转
当AUTO开关接通时，与低速控制时一样，起动暖风装置继电器。安装在自动空调器放大器内的微电脑（ECU），将从TAO值计算所得的鼓风机驱动信号，经BLW端子输出至功率晶体管。于是，电流从蓄电池流至暖风装置继电器，然后至鼓风机电机，再流至功率晶体管和鼓风机电阻后接地。这样，就使鼓风机电机以相应于鼓风机驱动信号的转速运转。同时AUTO（自动）指示灯点亮，Lo（低）、M1（中1）、M2（中2）、Hi（高）指示灯也根据情况可能发亮。 从功率晶体管进入自动空调器放大器的VM端子的信号，是反映鼓风机实际转速的信号。微电脑（ECU）参考这个信号校正鼓风机驱动信号。 （3）特高速度运转。 当AUTO开关接通时，允许安装在自动空调器放大器内的微电脑（ECU）接通TRl和TR2，驱动暖风装置继电器和鼓风机继电器。于是，电流从蓄电池流至暖风装置继电器，然后至鼓风机电机，再至鼓风机风扇继电器后至接地。这样，就使鼓风机电机以特高速度运转。同时，AUTO和Hi指示灯亮。
QC/T 708-2004 （2004-03-12 发布，2004-08-01 实施） 冃U 言 随着汽车空调行业的蓬勃发展，人们对汽车空调风机（蒸发风机、冷凝风机）的需求高速增长，虽然我 国汽车空调风机生产厂家众多，但至今尚无成文的行业标准。为了规范市场、统一行业标准，形成规模经济效应，特制定本标准。 本标准由中国汽车工业协会提岀。 本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。 本标准由中汽长电股份有限公司空调电器厂、长沙汽车电器研究所、浙江瑞安台兴车辆附件厂等负责起草。 本标准主要起草人：易辉根、闵跃进、皮红莲、张维仁等。 QC/T 708-2004 汽车空调风机技术条件 1范围 本标准规定了汽车空调风机（蒸发风机、冷凝风机）的术语和定义、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、贮存和保管。 本标准适用于汽车空调装置上驱动负载排岀热量或送岀冷气的风机。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GR；'「1??6工业通风机用标准化风道进行性能试验 Gl}:' | 2423,17电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法（eqv IEC 68-2-11 : 1988）G1VI'4942.1旋转电机外壳防护分级（IP代码） GB比宓用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法 QCT4B-2002汽车电气设备基本技术条件 QUT I %汽车低压电线束技术条件 3术语和定义 本标准采用下列术语和定义。 3.1 额定电流rated current 蒸发风机或冷凝风机在额定电压、额定负载、自由通风状态下的电流。
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
一、 直流无刷电机转速控制 1. 模拟PID 控制 1.1 模拟PID 控制原理 在模拟控制系统中，最常用的控制器就是模拟PID 控制器。以下图所示直流电机 控制系统为例，说明PID 控制器控制电机转速的原理。图中)(0t n 为转速设定值，)(t n 为转速反馈值，)()()(0t n t n t e -=为偏差信号，偏差信号通过PID 控制器后产生控制作用作用于直流电机从而控制电机转速到设定值。 常见的模拟PID 控制系统如下图所示。PID 控制器由比例、积分、微分的线性组合构成。控制规律如下： ]) ()(1)([)(0?++=t d i p dt t de T d e T t e K t u ττ * 其中： p K ——控制器的比例系数 i T ——控制器的积分系数 d T ——控制器的微分系数 1) 比例部分 比例部分的数学表达式：)(t e K p 。 比例部分的作用是对偏差信号做出快速反应，一旦控制器检测到偏差，比例部分就 能迅速产生控制作用，且偏差越大，控制作用越强。但仅存在比例控制的系统存在稳态偏差。比例系数越大，响应越快，过渡越快，稳态偏差也越小，但系统也越不稳定，因此比例系数必须选择恰当。 2) 积分部分 积分部分的数学表达式： ?t i p d e T K 0 )(ττ。
从积分部分表达式可以看出，只要系统输出与设定值存在偏差，积分作用就会不断增加，知道偏差为零，因此积分部分可以消除稳态偏差。但积分作用会降低系统的响应速度，增加系统的超调量。积分常数越小，积分作用越强，过渡过程容易产生震荡，但回复时间减小；积分常数越大，积分作用越弱，过渡过程不产生震荡，但回复时间增长。因此应根据具体情况选取积分常数。 3) 微分部分 微分部分的数学表达式： dt t de T K d p ) (。 微分作用能阻值偏差的变化。它根据偏差的变化趋势进行控制。偏差变化越快，微分作用越强，能在偏差变化之前就行控制。微分作用的引入有助于减小超调量，克服振荡；但微分作用对噪声很敏感，导致系统的错误响应，使系统不稳定。 为实现PID 控制器的软件实现，将式*进行适当离散化，即离散PID 。 2. 数字PID 控制 2.1 位置式PID 算法 离散化处理的方法是，以T 为采样周期，对模拟信号进行采样，以k 为采样序列号，进行以下近似： T e e dt t de e T d e kT t k k k j j t 1 )()(-=-≈≈≈∑?ττ 将上式带入式*，得到如下式所示的位置式离散PID 控制规律。 ][1 T e e T e T T e K u k k d k j j i k p k -=-++ =∑ ** 由于位置式PID 要对t 时刻之前的所有输出进行记录，工作量大，对计算机硬件要求高。增量式PID 可避免这些。 2.2 增量式PID 算法 由式**得到 ][2 11 11T e e T e T T e K u k k d k j j i k p k ---=---++ =∑ 将式**与上式相减，得到增量式PID 控制规律如下 211)21()1(---++-++ =-=?k d p k d p k d i p k k k e T T K e T T K e T T T T K u u u *** 一旦得出控制作用的增量，就可递推得出当前控制作用的输出。 2.3 控制器参数整定 1) 离线整定法 步骤 1：将控制器从“自动”模式切换至“手动”模式（此时控制器输出完全由人工控制），人为以阶跃方式增大或减少控制器输出，并记录控制器相关的输入输出动态响应数据。 步骤 2：由阶跃响应数据估计特性参数 K , T ,τ。
QCT708汽车空调风机技术条件 前言 QC/T 708-2004 汽车空调风机技术条件 1 范畴 本标准规定了汽车空调风机(蒸发风机、冷凝风机)的术语和定义、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、贮存和保管。 本标准适用于汽车空调装置上驱动负载排出热量或送出冷气的风机。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓舞按照本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T 1236 工业通风机用标准化风道进行性能试验 GB/T 2423.17 电工电子产品差不多环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法(eqv IEC 68-2-11：1988) GB/T 4942.1 旋转电机外壳防护分级(IP代码) GB 18655 用于爱护车载接收机的无线电扰乱特性的限值和测量方法QC/T 413-2002 汽车电气设备差不多技术条件 QC/T 29106 汽车低压电线束技术条件 3 术语和定义 本标准采纳下列术语和定义。 3.1 额定电流rated current 蒸发风机或冷凝风机在额定电压、额定负载、自由通风状态下的电流。
3.2 额定转速rated speed 蒸发风机或冷凝风机在额定电压、额定负载、自由通风状态下的转速。 3.3 压差pressure difference 蒸发风机或冷凝风机进风口静压与出风口的全压之差。 3.4 风量flowrate 蒸发风机或冷凝风机在规定压差下单位时刻内的空气体积的流量。 3.5 风机compressor blower and fan 由电机、风叶和外壳组成的空气驱动组件。 3.6 蒸发风机evaporator blower 汽车空调装置上驱动风轮送出蒸发器冷气的风机。 3.7 冷凝风机condenser blower 汽车空调装置上驱动风叶排出冷凝器热量的风机。 4 要求 4.1 风机的通用规定 4.1.1 风机的通用要求： 风机应符合本标准要求，并应按照经规定程序批准的图样及技术文件制造。风机的外形、安装尺寸和标志应符合产品图纸的规定。 4.1.2 风机的常态工作环境条件： 风机的常态工作环境条件按QC/T 413-2002中3.1.2的规定。 4.1.3 风机的工作环境温度范畴： 4.1.3.1 蒸发风机的工作环境温度范畴：-40～70℃。 4.1.3.2 冷凝风机的工作环境温度范畴：-40～85℃。 4.2 风机的差不多性能参数 4.2.1 风机的产品技术条件中应规定： a) 额定电流与额定转速； b) 在压差为l00Pa时风机的风量或按照用户指定的压差时风机的风量。 4.2.2 风机采纳的低压电线束、插接器的接触电阻、电压降及插拔力等应符合QC/T 29106的规定。 4.2.3 风机上机械紧固件的拧紧力矩要求应在产品技术文件中规定。
汽车空调鼓风电机振动和噪声分析 摘要：随着汽车工业的发展，人们对汽车质量及舒适性要求的不断提高,车内噪声控制问题日益显得突出起来。永磁直流电动机是目前汽车空调用鼓风电机的主要类型之一。其噪声类型主要是电磁噪声和机械噪声，本文简单介绍了汽车空调用永磁直流电动机生产过程中引起振动和噪声产生的主要原因及基本解决措施。 关键词：鼓风电机; 振动; 噪声 Vibration and Noise Analysis of Blower Motor for Vehicle Air-condition Abstract: Along with the development of automobile industry, people has increased requirement for quality and comfort of automobile, noise issue inside vehicle become important. Permanent magnetic DC motor is one of the main types of blower motor that be used in vehicle air-condition. Its noise includes electromagnetic noise and mechanical noise. This paper simply presents the reason and basic solution of vibration and noise during manufacture. Key words: blower motor; vibration; noise 0.前言 对于电动机振动与噪声的研究,起源于上世纪40年代,电动机振动与噪声一直是困扰人们的难题. 引起电动机振动和噪声的原因很多，大致可归结为两个方面： (1)电磁因素；
PID算法在无刷直流电机调速电路中的应用 摘 要：在分析了无刷直流电机闭环速度控制方案的基础上,针对PID算法在无刷直流电机应用中出现的种种问题,给出了相应的解决方法,提出了非线性变速 积分PID算法,成功地解决了在低采样周期时PID算法的积分饱和问题。 直流电机具有良好的调速性能,如无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等。无刷直流电机由于采用电子换向,PWM调速,在进一步提高直流电机性能的同时又克服了直流电机机械换向带来的一系列问题,从而大大延长了电机的使用寿命,近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人等领域。 1、无刷直流电机的速度控制方案 对无刷直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制相比,速度控制闭环系统的机械特性有以下优越性：闭环系统的机械特性与开环系统机械特性相比,其性能大大提高;理想空载转速相同时,闭环系统的静差 率（额定负载时电机转速降落与理想空载转速之比）要小得多;当要求的静差率相同时, 闭环调速系统的调速范围可以大大提高。无刷直流电机的速度控制方案如图1所示。 无刷直流电机控制器可采用电机控制专用DSP（如TI公司的TMS320C24X 系列、AD公司的ADMCxx系列），也可采用单片机＋无刷直流电机控制专用集成电路的方案。前者集成度高，电路设计简单，运算速度快，可实现复杂的速度控制算法，但由于DSP的价格高而不适合于小功率低成本的无刷直流电机控制器。后者虽然运算速度低，但只要采用适当的速度控制算法，依然可以达到较高的控制精度，适合于小功率低成本的无刷直流电机控制器。 摩托罗拉公司的第二代无刷直流电机控制专用集成电路MC33035，集成了转子位置传感器译码器电路、脉宽调制电路（PWM）、功率输出驱动电路、限流电路，可以实现无刷直流电机速度开环系统的全部控制功能。系统中采用了一片MC33035、一片低成本的单片机AT89C2051、串行输入A／D、串行输出D／A 以及由MOSFET型场效应管组成的功率驱动电路，无刷电机控制逻辑和保护由MC33035完成，单片机用来完成转速设定值的获取、转速反馈的实时采样以及速度控制算法的实现。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/8e16071489.html, 无刷直流电机控制技术综述 作者：黄秀勇 来源：《山东工业技术》2017年第14期 摘要：在十九世纪电机诞生的时候，其中实用性的电机就是无刷的形式，其得到了广泛 的运用，随着时代的发展，在上世纪中叶的时候晶体管诞生，直流无刷电机也随之应运而生，无刷直流电机的应用十分广泛，在各个领域都有涉猎。 关键词：直流无刷电机；技术研究；控制技术 DOI：10.16640/https://www.doczj.com/doc/8e16071489.html,ki.37-1222/t.2017.14.201 0 引言 经过不断的演变与发展，无刷直流电机综合了交流电机和直流电机的全部优点出现在人们的视野当中，它的出现大大的提高了生产的效率，减少了能源的消耗，得到了广泛的应用和普及。在电机领域中，新型无刷电机的品种众多，其性能和价格都不尽相同，就其的控制来说具有多种方法。 1 无刷直流电机的特点 随着科技的发展，无刷直流电机的出现代替了许多传统的电机，在各个领域都得到了广泛的应用，它具有传统直流电机的全部优点，但同时又除去了碳刷、滑环结构，它在投入使用的过程中具有速度很低的优点，这就大大的减少了用电率，虽说其速度低但其产生的功率却十分巨大，其体积小、重量轻的优点省去了减速机的超大负载量，在使用的过程中效率十分高。由于其除去了碳刷，所以减少了很多消耗，这就使它的省电率相当高，再加上其在运作时不会产生火花，对于一些爆炸性的场所来说更具备安全性，对其的维修和保养方面来说也是十分容易的。综合其特点来看，和其他种类的电机相比其优异性非常显著，因此，无刷直流电机凭借着其充分的优势在很多场合都发挥着重要的作用。 2 转子位置检测技术 逆变器功率器在进行运转的时候，转子在进行运转的时候位置会发生改变，在其位置发生改变的同时会触发组合，使其组合的状态进行不同的改变，这就是无刷直流电机的运行原理，由此看来，想要准确的控制无刷直流电机的运行就必要确保转子的位置，与此同时还要对转子触发的功率器件组合进行相应准时的切换，想要做到这一点是相当困难的。 通过科技水平的不断提高，相关学者提出了检测转子位置的一种新的办法。首先准备一些非磁性导电质地的材料，把这些材料粘在永磁转子的外部；其次，相关设备在工作时会使非磁性材料上产生涡流效应，进而使转子的位置发生相应的改变，最后通过观察检测电压来确定转
第三章、用EL-DSPMCKIV实现无刷直流电动机PWM 控制方案 实验概述： 本实验是一个无刷直流电动机的PWM控制系统。结构简单，用到的模块也较少。下面给出每个模块的输入与输出量名称及其量值格式 （一）、无刷直流电动机PWM 控制原理简介 无刷直流电动机从结构上讲更接近永磁同步电动机（我们在下一章节中做详细介绍），控制方法也很简单，主要是通过检测转子的位置传感器给出的转子磁极位置信号来确定励磁的方向，从而保证转矩角在90 度附近变化，保证电机工作的高效率。定子换相是通过转子位置信号来控制，转矩的大小则通过PWM的方法控制有效占空比来调控。 我公司提供过两种直流无刷电机，一种以前提供过的57BL-02直流无刷电机的额定电压为24V，额定转速为1600rpm，转子极数为4，也就是2 极对，还有一种是现在提供的57BL-0730N1直流无刷电机，该电机额定转速为3000rpm，转子极数为10，也就是5极对，这两种电机的转子位置都由霍尔传感器提供，同时由此计算出电机的转速，控制程序样例没有电流环。 （二）、系统组成方案及功能模块划分 本实验为开环和闭环实验，通过几个模块信号处理最终用BLDCPWM模块产生IPM 驱动信号来控制直流无刷电机转动。
下图为一个开环控制的系统功能框图，参考占空比信号经由RMP2CNTL 模块处理，变成缓变信号送到PWM产生模块。霍尔传感器的输出脉冲信号，经由DSP的CAP1、CAP2、CAP3端口被DSP获取。通过霍尔提供的转子位置信息HALL3_DRV模块判断转子位置，并将该转子位置信息通过计数器传递给BLDC_3PWM_DRV 模块，该模块通过占空比输入、设定开关频率以及转子的位置信息产生相应的PWM 信号作用于逆变器中的开关管，从而驱动电动机旋转。
基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机 学号：3100501044 班级：电气1002 ：王辉军
摘要 直流无刷电机是同步电机的一种，由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响： N=120．f / P。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载围当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 MCS-51单片机是美国英特尔公司生产的一系列单片机的总称，是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入输出接口电路、定时计算器、串行通信口、脉宽调制电路、A/D转换器等电路集成到一块半导体硅片上，这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 本论文将介绍基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机的设计，它可以实现控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转、加减速等功能。 关键词：单片机，直流无刷电动机，控制系统
直流无刷电动机是在直流电动机的基础之上发展而来的，它是步进电动机的一种，继承了直流电动机的启动转矩大、调速性能好等特点克服了需要换向器的缺点在交通工具、家用电器及中小功率工业市场占有重要的地位。直流无刷电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛的应用，而且在新一代的空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器，空气净化器等家用电器中也有逐步采用的趋势，尤其是随着微电子技术的发展，直流无刷电动机逐渐占有原来异步电动机变频调速的领域，这就使得直流无刷电动机的应用围越来越广。 本设计就是基于MCS-51系列单片机控制直流无刷电动机，利用所学的知识实现单片机控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转，加减速等控制，并对直流无刷电动机运行状态进行监视和报警。详细介绍单片机的种类、结构、功能、适用领域和发展历史、未来前景及其直流无刷电动机的工作原理、控制结构等容，既着重单片机的基本知识、功能原理的深入阐述，又理论联系实际详细剖析单片机控制直流无刷电动机的过程。 1．直流无刷电动机的基本组成 直流无刷电动机是在直流电动机的基础上发展而来的，直流无刷电动机继承了直流电动机启动转矩大、调速性能好的优点，克服了直流电动机需要换向器的缺点，在交通工具、家用电器等生活的方方方面面占有重要的地位。 由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。 直流无刷电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。图3-1所示为三相两极直流无刷电机结构。 三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、
PID闭环速度调节器采用比例积分微分控制 闭环速度调节器采用比例积分微分控制（简称PID控制），其输出是输入的比例、积分和微分的函数。PID调节器控制结构简单，参数容易整定，不必求出被控对象的数学模型，因此PID 调节器得到了广泛的应用。 PID调节器虽然易于使用，但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意：PID调节器易受干扰、采样精度的影响，且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。所以，在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进，关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。 2速度设定值和电机转速的获取 为在单片机中实现PID调节，需要得到电机速度设定值（通过A／D变换器）和电机的实际转速，这需要通过精心的设计才能完成。 无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器（通常是霍尔传感器）信号得到，在电机转动过程中，通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。 由图2可知，电机每转一圈，每一相霍尔传感器产生2个周期的方波，且其周期与电机转速成反比，因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实际转速。为尽可能缩短一次速度采样的时间，可测得任意一相霍尔传感器的一个正脉冲的宽度，则电机的实际转速为：但由于利用霍尔传感器信号测速，所以测量电机转速时的采样周期是变化的，低速时采样周期要长些，这影响了PID 调节器的输出，导致电机低速时的动态特性变差。解决的办法是将三相霍尔传感器信号相“与”，产生3倍于一相霍尔传感器信号频率的倍频信号，这样可缩短一次速度采样的时间，但得增加额外的硬件开销。直接利用霍尔传感器信号测速虽然方便易行，但这种测速方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有较严格的要求，当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时，相邻2个正脉冲的宽度不一致，会导致较大的测速误差，影响PID调节器的调节性能。若对测速精度要求较高时，可采用增量式光电码盘，但同样会增加了电路的复杂性和硬件的开销。 电机速度设定值可以通过一定范围内的电压来表示。系统中采用了串行A／D（如ADS7818）来实现速度设定值的采样。但在电机调速的过程中，电机控制器的功率输出部分会对A／D模拟输入电压产生干扰，进行抗干扰处理。 3非线性变速积分的PID算法 （1）PID算法的数字实现 离散形式的PID表达式为： 其中：KP，KI，KD分别为调节器的比例、积分和微分系数；E（k），E（k－1）分别为第k 次和k－1次时的期望偏差值；P（k）为第k次时调节器的输出。 比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应，KP越大，控制作用越强，但过大的KP会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。积分环节的作用虽然可以消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量，甚至使系统出现等幅振荡，减小KI可以降低系统的超调量，但会减慢系统的响应过程。微分环节的作用是阻止偏差的变化，有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，但其对干扰敏感，不利于系统的鲁棒性。 （2）经典PID算法的积分饱和现象 当电机转速的设定值突然改变，或电机的转速发生突变时，会引起偏差的阶跃，使｜E（k）｜增大，PID的输出P（k）将急剧增加或减小，以至于超过控制量的上下限Pmax，此时的实际控制量只能限制在Pmax，电机的转速M（k）虽然不断上升，但由于控制量受到限制，其增长的速度减慢，偏差E（k）将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值，从而使得PID 算式中的积分项不断地得到累积。当电机转速超过设定值后，开始出现负的偏差，但由于积分项已有相当大的累积值，还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区，这就是正向积分饱和，反向积分饱和与此类似。解决的办法：一是缩短PID的采样周期（这一点单片机往往达不到），
QC/T 708-2004（2004-03-12发布，2004-08-01实施） 前言 随着汽车空调行业的蓬勃发展，人们对汽车空调风机(蒸发风机、冷凝风机)的需求高速增长，虽然我国汽车空调风机生产厂家众多，但至今尚无成文的行业标准。为了规范市场、统一行业标准，形成规模经济效应，特制定本标准。 本标准由中国汽车工业协会提出。 本标准由全国汽车标准化技术委员会归口。 本标准由中汽长电股份有限公司空调电器厂、长沙汽车电器研究所、浙江瑞安台兴车辆附件厂等负责起草。 本标准主要起草人：易辉根、闵跃进、皮红莲、张维仁等。 QC/T 708-2004 汽车空调风机技术条件 1 范围 本标准规定了汽车空调风机(蒸发风机、冷凝风机)的术语和定义、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、贮存和保管。 本标准适用于汽车空调装置上驱动负载排出热量或送出冷气的风机。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 工业通风机用标准化风道进行性能试验 GB/T 1236 电工电子产品基本环境试验规程试验Ka：盐雾试验方法(eqv IEC 68-2-11：1988) GB/T 2423.17 GB/T 4942.1 旋转电机外壳防护分级(IP代码) 用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法 GB 18655 -2002 汽车电气设备基本技术条件 QC/T 413 汽车低压电线束技术条件 QC/T 29106 3 术语和定义 本标准采用下列术语和定义。 3.1 额定电流 rated current 蒸发风机或冷凝风机在额定电压、额定负载、自由通风状态下的电流。
无刷直流电机控制器的设计 3.1 无刷直流电机控制器的概述 无刷直流电动机兼有直流电动机调整和起动性能好以及异步电动机结构简 单无需维护的优点，因而在高可靠性的电机调速领域中获得了广泛应用。在电机转速控制方面，绝大多数场合数字调速系统已取代模拟调速系统。目前，数字调速系统主要采用两种控制方案:一种采用专用集成电路。这种方案可以降低设备投资，提高装置的可靠性，但不够灵活。另一种是以微处理器为控制核心构成硬件系统。这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便。 电机控制器是无刷直流电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心，它主要完成以下功能：对各种信号进行逻辑综合，以给驱动电路提供各种控制信号；产生PWM调制信号，实现电机的调速；对电机进行速度环和电流环调节，使系统具有较好的动态和静态性能；实现短路、过流、欠压、堵转等故障保护功能。 现代控制技术的发展与微处理器的发展息息相关，可以说，每一次微处理器的进步都推动了控制技术的一次飞跃。在微处理器出现之前，控制器只能由模拟系统构成。由模拟器件构成的控制器只能实现简单的控制，功能单一、升级换代困难，而且由分立器件构成的系统控制精度不高，温度漂移，器件老化严重，使得维护成本增高，限制了它的发展和应用范围。随着微处理器的迅速发展和推广，控制器由模拟式转换成了数模混合式，并进一步发展到全数字式，技术的进步使得许多模拟器件难以实现的功能都可以方便地用软件实现，使系统的可靠性和智能化水平大大提高。在电机转速控制方面，绝大多数场合数字调速系统已取代模拟调速系统。目前，数字调速系统主要采用两种控制方案：一种采用专用集成电路。这种方案可以降低设备投资，提高装置的可靠性，但不够灵活。另一种是以微处理器为控制核心构成硬件系统。这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便[9][10]。 控制器是电动自行车的驱动系统，它是电动自行车的大脑。其主要作用是在保证电动自行车正常工作的前提下，提高电机和蓄电池的效率、节省能源、保护
《汽车空调原理与检修》教案 汽车空调原理与检修理论教学与实训、实践教学 一、授课班级 专业：2011级汽车专业 年级：二年级 班级：2011级 学生人数：47 人 二、学时安排 总学时：34学时 理论学时：20学时 实践学时：14学时 三、教学进度 四、教学目标 《汽车空调原理与检修》是高职高专汽车类专业的主要专业基础课程之一，是一门选修课。通过本课程的学习，使学生掌握汽车空调制冷系统的结构、各个部件的基本原理、汽车空调常见故障的诊断、检修方法等方面的知识，为后续课程如汽车检测、汽车运用和汽车维修等打好坚实的理论和实践基础，进而能为今后进行汽车故障的诊断和修理工作。 （一）能力目标：
1、根据车辆的类型,辨别空调的类型，汽车空调系统各组成部件的位置认知，掌握各类型汽车空调控制面板的操作方式； 2、能进行热水阀的拆装与检修，能进行加热器和管路的拆装和检修，能进行通风配气系统的拆装和检修； 3、能对汽车空调制冷系统进行常规的基本检查，能对汽车空调制冷系统进行检漏操作，能正确使用汽车空调制冷剂的回收专用设备，熟练掌握汽车空调制冷系统加注制冷剂的操作重点掌握内容：汽车空调系统检漏和制冷剂加注，汽车空调维修专用设备的使用； 4、通过拆装认识和理解各部件的结构和工作原理，通过系统分解组装来全面认识和理解制冷系统的结构和工作原理，会使用压力计进行制冷系统的压力检测，能熟练进行汽车空调系统各部件的检修，能够运用制冷系统各部件的工作原理进行故障分析。重点掌握的内容:汽车空调系统各部件的拆装和检修； 5、学会汽车空调控温器及其电路的检测，学会汽车空调鼓风机及其电路的检测，学会汽车空调冷凝器及其电路的检测，学会汽车空调压缩机离合器及其电路的检测，重点掌握汽车空调温度控制系统电路分析，汽车空调温度控制系统电路检测； 6、能进行汽车空调控制电路传感器及线路检测，能进行汽车空调控制伺服电动机及线路检测，能使用检测仪器调出故障代码，能进行汽车空调的自诊断； 7、能正确进行汽车空调的使用和维护，重点掌握的内容:汽车空调的正确使用与维护。 （二）知识目标： 1、了解汽车空调的类型及特点，了解空调的发展历程，掌握空调系统的类型及基本组成，了解与空调相关的热力学知识及其在汽车空调上的应用； 2、了解汽车空调暖风系统的类型及结构组成，了解空调暖风系统的工作原理，掌握空调通风配气净化系统的功能和结构组成，了解空调净化系统的结构组成； 3、理解汽车空调制冷系统的作用,组成和工作路线，理解汽车空调制冷系统两种类型(膨胀阀和孔管)的工作原理，掌握汽车空调制冷系统各种检漏方法和各种检漏仪正确使用方法，掌握汽车空调制冷剂回收专用设备的正确使用方法； 4、理解汽车空调各件(压缩机,冷凝器,干燥器和集液器,膨胀阀孔管)作用和组成结构，理解汽车空调制冷系统各部件的工作原理； 5、理解汽车空调的基本控制部件及其组成和工作原理，理解汽车空调的温度自动控制装置的类型,结构和工作原理，理解发动机怠速稳定装置的类型,结构和工作原理，理解汽车空调放大器装置的类型,结构和工作原理，理解汽车空调
第六章汽车空调自动控制系统 第一节汽车空调自动控制系统工作原理 一、汽车空调自动控制系统概述 现代汽车空调自动控制系统，由于采用了先进的控制理论和应用了计算机技术，在控制方式、控制精度和舒适性及工作可靠性方面，与传统手动控制空调系统已经有了本质的区别，只要驾驶员设定好所需工作温度，系统即自动检测车内温度和车外温度、太阳辐射和发动机工况，自动调节鼓风机转速和所送出的空气温度，从而将车内温度保持在设定范围内，并适度调节空气质量。有些高级轿车的空调自动控制系统除了温度控制和鼓风机转速控制外，还能进行进气控制、气流方式控制（送风控制）和压缩机控制，并保证系统安全可靠的工作。当系统出现故障时，还可以自动检测和诊断故障部位，并且以故障代码的方式告知维修技术人员。 汽车空调自动控制系统的应用，免去了手动调节的麻烦，减轻驾驶员的疲劳，在人类现代化进程中，使汽车作为代步和运输交通工具的单一性能得以不断的拓展和延伸。 典型的汽车空调自动控制系统的基本组成和工作原理见图6-1所示。 图6-l 汽车空调自动控制系统甚本组成和工作原理图 汽车空调自动控制系统的基本工作模式是：传感器（设定参数）→控制器→执行器。其中传感器包括一系列检测车内、车外，导风管空气温度变化和太阳辐射的传感器，以及发动机工况的传感器，并将它们变成相应的电量（电阻、电压、电流），送入控制器；早期的控制器是由电子元件，如分立晶体管、运算放大器组成，现代控制器由单片微处理器或组成系统的车身计算机构成，它根据各传感器所检测的温度参数，发动机运行工况参数和空调系统工况参数，经内部电路分析、比较后，单独或集中对执行器的动作进行控制。这种控制过程，可以计算出设定参数与实际状况的工作差别，精确的控制执行器按照程序完成空调的既定工作。而执行器则采用大量的自动元件，如：调速电动机控
汽车空调自动控制系统设计 摘要 随着现代汽车技术的发展，汽车的空调技术已经很发展的成熟，可是随着社会的进步，人们对舒适性的要求也越来越来高了。由于人们的要求提高了，从而反应出现代汽车空调系统的几大缺点，需要进行改进。本设计就是根据几大缺点进行的改进设计，设计提供一种8位单片机为控制核心的汽车自动控制系统。 本文针对现代汽车的不足之处进行改进，采用8位单片机为核心，以数字温度传感器、车速传感器、发动机转速传感器作为测量元件，并实时监测、显示车内温湿度、车速和发动机转速，通过控制电路的通断来达到对汽车空调自动控制功能。另外本文还加了一个延时电路，来控制风扇后关闭。本文还阐述了汽车空调及系统的组成及原理，并完成总体硬件设计和软件的编写。 关键词：汽车空调自动控制, 单片机, 传感器
目录 1 绪论 (1) 1．1 课题来源及产生背景 (1) 1．2 课题研究的目的及意义 (1) 1．3 课题研究的主要内容 (1) 1．4 本课题的主要任务 (1) 2 汽车空调及空调自动控制系统的概述 (2) 2．1 汽车空调的概述 (2) 2．2 汽车空调自动控制系统的工作原理 (3) 3 汽车自动控制系统的总体设计方案 (4) 4 汽车空调控制系统的设计原则 (4) 5 主要设计硬件的选择 (5) 4．1 单片机AT89S52 (5) 4．1．1 主要性能 (5) 4．1．2 功能特性描述 (5) 4．1．3 引脚结构 (6) 4．1．4 方框图 (9) 4．2 数字温湿度传感器DHT11 (11) 4．2．1DHT11的概述 (11) 4．2．2 传感器性能特点 (11) 4．2．3 DHT11的特点 (12) 4．2．4 串行接口(单线双向) (12) 4．3 车速传感器 (14) 6 系统的软件的选择.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16 6.1主程序的设计及流程图.。。。。。。。。。。。。17 7 系统的调试.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22 7.1 系统硬件调试.。。。。。。。。。。。。。。。24