结构如下图图系统模块此模块有个输入端个输出端，它们分别为三个霍尔信号信号转速偏差信号逆变桥开关器件控制信号此模块的重点在于三个子系统，它们结合起来共同实现了无刷直流电机的换相逻辑控制，下面重点叙述其设计原理。无刷直流电机的驱动方式与传统直流电机有着根本的区别。相对于传统直流电机，无刷直流电机驱动装置要复杂些。驱动无刷直流电机的核心问题是定子多相绕组要配合转子磁极的位置按定次序通电也即换相，从而使定子与转子的磁场相互作用产生最大的转矩。下面将以采用两两通电方式的三相两极无刷直流电机控制系统为例，对其驱动过程进行系统的分析。图无刷直流电机传感器位置示意图中是三个霍尔传感器的空间位置。霍尔元件位置的安排上，有几种。电机的电流换向顺序由制造厂商基于这两种摆放形式制定的，当我们控制电机的时候就需要用到这种换向顺序。这里安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线采用相隔的安排。换相的原理采用两两通电方式时，每次换向都会有组绕组处于正向通电第二组反相通电第三组不通电。转子永磁体的磁场和定子钢片产生的磁场相互作用就产生了转矩，理论上，当这两个磁场夹角为时会产生最大的转矩，当这两个磁场重合时转矩变为，为了使转子不停的转动，那么就需要按顺序改变定子的磁场，就像转子的磁场直在追赶定子的磁场样。换相时序图说明了霍尔元件的输出与各相绕组反电动势的关系。因为转子为两极永磁极极对数为，所以每个霍尔元件的和状态都会维持电角度才会切换。每隔其中个霍尔元件就会改变次其输出特性，那么转子旋转圈个通电周期下来个霍尔元件的状态就会有六种不同的组合，这就是三相绕组的通电信号。如果转子磁极的极对数不为，每完成个通电周期并不会使转子转动周，转子转动周需要的通电周期数目和转子上的磁极的对数相关，转子有多少对磁极那么就需要多少个通电周期。图霍尔元件的输出与反电动势安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线表和表表示的是电机基于霍尔输入时在绕组上的通电时序。表是转子顺时针转动的时序，表是转子逆时针转动的时序。上面两个表格显示的是当霍尔元件呈排列时的驱动波形，前面也提到霍尔元件还可以呈等其他的夹角排列，那么这个时候就需要相应的驱动波形，这些波形都可以在电机生产商的资料里找到，应用时需要严格遵守通电时序。表正转逻辑控制表表反转逻辑控制表根据上面的换相表用可以设计译码器如下图霍尔传感器信号译码逻辑此图为子系统内部结构，实现了将个霍尔传感器信号转化为反电动势正负信号。安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线图正转译码逻辑图反转译码逻辑此二图分别为子系统的内部结构，它们实现了将反电动势正负信号译码为逆变桥开关器件控制信号。下面的表到表是这三个逻辑电路的真值表表图电路真值表安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线表图电路真值表表图电路真值表译码后输出的六路信号从上到下分别为逆变桥功率的控制信号，用模块整合为路信号后边的模块。注意到在这两个子系统中三路信号跟此模块中的进行了与逻辑。为信号，为逆变桥三个桥臂的下边器件，二者相与就实现了对逆变桥的受限式单极性控制。与个模块实现了无刷直流电机的可逆调速。模块的设置如下图所示安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线图自上而下，我们不妨定义模块三个输入端分别叫，所实现的功能是如果满足给定条件则输出选择路输出否则选择输出。由上图可看出给定条件是。因为路连接的是即转速偏差信号，当大于时可知电机转速要小于给定转速，所以电机要加速，因此模块选择路信号输出，而路信号连接的是子系统也即正转译码子系统的输出，这正满足了电机需要正向加速运行的要求。反之当小于时亦可推出同样的结论。无刷直流电机的可逆调速便由此得以实现。控制器和控制电平转换及发生环节设计基于无刷直流电机的速度控制系统的控制方法可分为开环控制和闭环控制两大类。常用的控制方法般为双闭环调速，内环为电流环转矩环，外环为速度环电压环。电机正常运行及基速以下运行时，般通过调制改变电枢端的输入电压来实现速度可控制，而电机的基速以上运行常采用相电流提前导通辅助励磁等手段实现的弱磁控制技术来完成。本设计采用了转速单闭环的控制方法转速调节器采用调节器，调节器的传递函数可以直接调用中的传递函数或零极点模块，这些模块是线性的，为了充分反映在饱和和限幅非线性影响下调速系统的工作情况，需要构建考虑饱和和输出限幅的调节器，线性调节器的传递函数为安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线式中比例系数，积分系数，考虑饱和和输出限幅的调节器中比例和积分调节分为两个通道，其中积分调节器的限幅表示调节器的饱和限幅值，而调节器的输出限幅值由饱和模块设定。当调节器用作转速调节器时，在起动中由于开始转速偏差大，调节器输出很快达到输出限幅值，在转速超调后首先积分器退饱和，然后转速调节器输出才从限幅值开始下降。图调节器结构由于转速给定直接选取的是转速的实际值，而且仿真时间又较为短暂，所以积分系数太小的话根本无法显示出积分环节的效果。基于此原因调节器选取了图示的系数。经调节器计算的速度信号送入后边的控制电平转换及发生环节和转子位置译码子系统中。送入转子位置译码子系统的目的是实现电机的可逆调速，具体原理已在上小节讲述。控制电平转换及发生环节的结构如下图所示。图发生环节是本身的取绝对值函数，这里的作用是将转速调节信号统转换为正值，以为后边计算发生器的占空比提供方便，在这里丢失的转速调节信号的正负信息将被转子位置译码子系统接收。是个，即系统函数，是由语言编制的个将转速信号转换为占空比信号的函数。这里使用的发生器是中的模块，它可以产生占空比方波，频率设置为。对端输入到的信号，其输入方波的占空比将从到均匀变化。当占空比为时，在本系统的条件下电机转速为，此时当安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线是，电机转速近似为开关器件有漏电流，仿真结果中仍有微小的转速。因为电机转速基本跟占空比成正比，我们可得转速信号对应于输入的关系式如下这是个非常简单的函数，用个极易实现。系统的仿真仿真结果的输出及结果分析当建模和参数设置完成后，即可开始进行仿真。起动，阶跃负载仿真仿真算法采用，仿真参数系统默认，仿真时间秒，给定转速，在秒处加载个大小为的阶跃负载。仿真波形如下安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线图转速响应安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线图定子相电流，反电动势图转矩仿真结果分析由波形可以计算得到最大超调量上升时间调整时间综合各波形可以看出电机起动时电流和转矩都很大，转速在很短的时间内上升至最大值，。由于转速很高，此时电机两相绕组间的合成反电势已经大于线电压母线电流由电机流向电源，电磁转矩变为负值起制动作用，电机运行在制动状态，转子的机械能转化为电源储存的电能，转速开始下降。当合成反电势随转速的下降再次小于线电压时，电流又开始由电源流向绕组，电磁转矩变为正值，电机运行在电动状态。当加载阶跃负载后，相电流出现波动，平均转矩值增加以保持转速不变。其中线电压的尖波是由于换相时续流二极管导通所造成的，从线电压波形上可以看到调制的结果。系统基本达到了无静差调速。此系统基本达到了无静差调速调速，缺点是仅为转速单闭环的控制，无法抑制电源电压的波动。因此在仿真中使用了电压固定的直流电源，没有对电源电压波动的情况进行仿真。安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线可逆调速仿真仿真算法采用，仿真参数系统默认，仿真时间秒，给定转速初始值为，在秒处变为，空载运行。仿真波形如下图转速安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线图定子电流线电压可以看出系统较好的实现了可逆调速。注意到当反转时，定子电流的峰值明显大于正转时的峰值，这是因为电机正向制动采用的是电枢反接制动的缘故。安徽工业大学毕业设计论文说明书共页第页装订线总结本文主要利用对转速单闭环无刷直流脉宽可逆调速系统的设计进行仿真和调试。本文主要研究了无刷直流电机调速系统的基本方法，主要内容有无刷直流电机的基本原理，脉宽调速系统的原理和控制方法，在此基础上重点研究了无刷直流电机的换相控制，并对无刷直流电动机调速系统进行设计。本设计中，调速是系统的主要功能，通过研究无刷直流电动机的运行原理，设计了基于霍尔位置传感器的换相逻辑电路，并利用和设计了种无刷电动机的驱动方案。为了使系统能保证稳定的前提下实现转速无静差，且能够快速起制动，设计采用了转速单闭环控制。转速负反馈得到的反馈电压，与给定值进行比较后，产生了频率定，占空比可调的脉宽序列，并通过功率放大后，对主电路变换器的电力电子元件的导通和关断进行驱动控制