测试报告
（电动车辆电机及其控制系统）
样品名称：无刷直流电机及其控制系统
样品型号：
测试单位：哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所
哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所
2009年2月
测试依据
《GB/T 18488.1-2001 电动汽车用牵引电机及其控制器技术条件》 《GB/T 18488.2-2001 电动汽车用牵引电机及其控制器试验方法》 《电动汽车重大专项电机及其控制器技术规范》
《电动汽车重大专项电机及其控制器试验规范》
《2005年度电动汽车电机及其控制器试验测试项目》
《2005年度电动汽车电机及其控制器试验测试管理办法（暂行）》 各个整车单位的测试试验意见
测试项目
1. 样品标称参数描述；
2. 台架测试环境和设备；
3. 型式试验测试；
3.1连续工作特性下的温升测试；
3.2峰值工作特性下的温升测试；
3.3 连续电动工作特性测试；
3.3.1额定电压输入情况下的连续电动工作特性测试（460V）；
3.3.2低电压输入情况下的连续电动工作特性测试（370V）；
3.4 电动工作特性测试（恒转距区1.5倍过载，进行到100kw）；
3.4.1额定电压输入情况下的电动工作特性测试（460V）；
3.4.2低电压输入情况下的电动工作特性测试（370V）；
3.5 连续馈电工作特性测试；
额定电压输入情况下的连续馈电工作特性测试（460V）；
3.6 转矩阶跃响应；
3.7 峰值转矩测试；
3.8 转矩控制精度测试；
3.9 电动高效区测试；
3.10 馈电高效区测试。
哈尔滨工业大学报告编号：
测试报告
电磁与电子技术研究所
1．样品标称参数描述
样品名称 纯电动客车用无刷直流电机及其控制系统
电机名称 水冷无刷直流电机 电机型号 BS100 电机
执行标准 冷却要求 水冷
连接方式 星接 编号 BS100001
出厂日期 2008.11 厂商 大连恒田
额定功率 100kW 峰值功率 150kW
额定转速 2800rpm 最高转速 4200rpm
额定电压 460V 额定电流 236A
重量 外形尺寸
备注
电机控制器
型号 研制单位 北京奥思源
额定工作电压 460V 冷却要求 水冷
最高工作电压 550V 最低工作电
300V
压
控制电源 直流 编号
重量 外形尺寸
备注
2．台架测试环境和设备
基本环境
环境温度23度大气压力室内大气压
相对湿度20% 测试时间2009.2.19~2009.2.21
设备名称主要性能指标厂商
主要测试设备
A VL测功机220/330kW 德国A VL
功率计WT1600 横河
电源500V 450A 迪卡龙
哈尔滨工业大学报告编号：电磁与电子技术研究所
测试报告
3型式试验测试
3.1连续工作特性下的温升测试
测试项目连续工作特性下的温升测试
序号测试绕组电阻变化数据记录
初始绕组电阻/mΩ13.07 冷却条件水冷
480L/h
初始绕组
温度/度
23.1 转速/rpm 2800 转矩/Nm343 冷却介质终止温
度（出口）/度
54.4
时间/s 27 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 内阻/m欧16.783 16.683 16.607 16.533 16.462 16.398 16.341 16.282 16.234 时间/s 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
内阻/m欧16.183 16.136 16.094 16.050 16.020 15.983 15.949 15.913 15.882 15.855
1
备注 460V直流；持续60分钟；2800rpm；341.1Nm；100Kw。温升结果：44.7K
初始绕组电阻/mΩ13.117 冷却条件水冷
480L/h
初始绕组
温度/度
26.7 转速/rpm 2940 转矩/Nm326 冷却介质终止温
度（出口）/度
57.4
时间/s 32 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 内阻/m欧16.451 16.402 16.296 16.236 16.179 16.127 16.078 16.029 15.985 时间/s 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
内阻/m欧15.943 15.907 15.872 15.840 15.807 15.777 15.747 15.721 15.694 15.671 2
备注 460V直流；持续60分钟；2940rpm；324.9Nm；100Kw。温升结果：38.6K
运行20分钟后，电机前后端盖渗水（后端盖较严重）。
电磁与电子技术研究所
3.2峰值工作特性下的温升测试
测试项目峰值工作特性下的温升测试
序号测试绕组电阻变化数据记录
初始绕组电阻/mΩ13.157 冷却条件水冷
480L/h
初始绕组
温度/度
28.1 转速/rpm 1400 转矩/Nm490 冷却介质终止温
度（出口）/度
31．2
时间/s 40 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 内阻/m欧14.560 14.450 14.376 14.300 14.255 14.214 14.176 14.140 14.111 时间/s 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300
内阻/m欧14.078 14.051 14.023 13.999 13.976 13.956 13.935 13.918 13.900 13.880
1
备注 460V直流；持续3分钟；1400rpm；511.5Nm。温升结果：27K
2800rpm/343Nm电动运行60分钟
2940rpm/326Nm电动运行60分钟1400rpm/490Nm电动运行3分钟
阻值-温度变化曲线阻值-温度变化曲线
阻值-温度变化曲线
电磁与电子技术研究所
3.3 连续电动工作特性测试
额定电压输入情况下的连续电动工作特性测试（460V）
电机
转速/rpm 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 2800 3000 3300 3600 转距/Nm 341.60 341.36 341.32 341.09340.27341.40341.74342.89 323.67 194.4620.13 控制
电压/V 459.59 459.34 459.26 459.18459.12459.04459.02459.00 458.91 459.05459.32
器电流/A 21.63 54.36 86.85 119.29151.08183.40215.75232.47 234.32 154.07
20.55
额定电压下的连续电动工作特性
低电压输入情况下的连续电动工作特性测试（370V）
电机
转速/rpm 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 2800
转距/Nm 343.73 342.56340.72342.98341.00343.29240.30 84.47 控制
电压/V 369.19 369.00368.91368.90368.86368.78368.86 368.95
器电流/A 27.05 67.47 107.26148.15186.7 228.17186.28
71.45
电磁与电子技术研究所
3.4 电动工作特性测试（恒转距区1.5倍过载，进行到100kw）
额定电压输入情况下的电动工作特性测试（460V）
电机
转速/rpm 400 600 1000 1400 1800
转距/Nm 512.93 511.98512.00514.85516.84控制
电压/V 459.23 459.38459.19459.10458.98器电流/A 59.98 83.44 133.86181.43
231.21
额定电压下的电动工作特性低电压输入情况下的电动工作特性测试（370V）
电机
转速/rpm 400 600 1000 1400 1800
转距/Nm 514.71 513.75515.6515.98514.27控制
电压/V 369.06 369.12368.99368.90368.52器电流/A 73.42 103.64164.82225.86
285.09
电磁与电子技术研究所
3.5 连续馈电工作特性测试
额定电压输入情况下的连续馈电工作特性测试（460V）
转速/rpm 200 600 1000 1400 1800 2200 2600 2800 3000 3300 3600 电机
转距/Nm 344.81 343.81 341.60 344.31340.18345.74346.17349.78 322.57 291.99276.01电压/V 459.30 459.39 459.46 459.52459.57459.65459.72459.77 459.76 459.75459.77
控制
器电流/A 9.05 39.13 68.71 99.14 127.59159.30190.16207.29 205.91 205.94
212.55
额定电压下的连续馈电工作特性
3.6 转矩阶跃响应
工作条件460V；1000rpm
起始转距/Nm 目标转距/Nm 响应时间/ms
0 341 62
0 341 58
转距阶跃响应
0 341 64
转矩阶跃响应
电磁与电子技术研究所
3.7峰值转矩测试
3倍过载；1023.3N.m；600rpm；持续60s
实验数据记录如下图所示：
峰值转矩测试
实测电机及其控制系统转矩平均值约为1040N.m，转矩波动约为75N.m，实验数据记录放大图如下图所示：
峰值转矩测试
电磁与电子技术研究所
3倍过载；1023.3N.m；800rpm；持续60s
实验数据记录如下图所示：
峰值转矩测试
实测电机及其控制系统转矩平均值约为1030N.m，转矩波动约为40N.m，实验数据记录放大图如下图所示：
峰值转矩测试
电磁与电子技术研究所
3.8 转矩控制精度测试
1/2额定转速下
测试参数工作转速/rpm 1400 指令额定转距/Nm 341.1 指令最大转距/Nm 342.8 时间/s 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 341.7 340.7 339.8 338.9 338.1 336.8 335.8 334.9 334.1 333.4
转距/Nm
额定转速下
测试参数工作转速/rpm 2800 指令额定转距/Nm 341.1 指令最大转距/Nm 342.1 时间/s 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 341.9 341.3 340.4 339.8 338.9 338.2 337.5 336.8 336.0 335.5
转距/Nm
电磁与电子技术研究所
3.9 电动高效区测试
额定电压（460V）
额定电压下电机与控制器所组成系统的电动效率图低电压（370V）
低电压下电机与控制器所组成系统的电动效率图
电磁与电子技术研究所
3.10 馈电高效区测试
额定电压（460V）
额定电压下电机与控制器所组成系统的馈电效率图
一种无刷直流电动机控制系统设计
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
一种无刷直流电动机控制系统设计 摘要：介绍了MOTORALA公司专门用于无刷直流电机控制的芯片MC33035和 MC33039的特点及其工作原理，系统设计分为控制电路与功率驱动电路两大部分，控制电路以MC33035/33039为核心，接收反馈的位置信号，与速度给定量合成，判断通电绕组并给出开关信号。在驱动电路设计中，采用三相Y联结全控电路，使用六支高速MOSFET 开关管组成。通过实验，电机运行稳定。 关键词：无刷直流电机;MC33035/33039;控制电路;驱动电路 Design of control system for Brushless DC Motors SUN GuanQun;SHI Ming;TONG LinYi;XU YiPing Abstract:It introduces the MOTORALA company used for the characteristics o f the chip MC33035 and MC33039 which control the brushless direct curren t motor exclusively and its work principle. The system design divides into tw o major parts: the control circuit and the power driver circuit, the control circ uit take MC33035/33039 as the core, receive feedback position signal, with th e speed to the quota synthesis, the judgment circular telegram winding and p roduces the switching signal. In the actuation circuit design, uses the three-p hase Y joint all to control the electric circuit, uses six high speed MOSFET swit ching valve to compose. Through the experiment, the electric motor moveme nt stable is reliable. Keywords:Brushless DC motor;MC33035/33039;control circuit;drive circuit 1.引言 永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机。该电机由定子、 转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成,由于没有励磁装置,效率高、结构简单、工作特 性优良,而且具有体积更小、可靠性更高、控制更容易、应用范围更广泛、制造维护更方便 等优点,使无刷电机的研究具有重大意义。 本系统设计是利用调压调速，根据调整供电PWM电源的占空比进而调整电压的方式实 现。本设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33035，它能够对霍尔传感器检测出的位置 信号进行译码,它本身更具备过流、过热、欠压、正反转选择等辅助功能, 组成的系统所需 外围电路简单，设计者不必因为采用分立元件组成庞大的模拟电路,使得系统的设计、调试 相当复杂,而且要占用很大面积的电路板。 MC33035和MC33039这两种集成芯片也可以方便地完成无刷直流电动机的正反转、 运转起动以及动态制动、过流保护、三相驱动信号的产生、电动机转速的简易闭环控制等。
万方数据
万方数据
基于PLC电机测速系统的设计 作者：刘高君， LIU Gao-jun 作者单位：四川理工学院,机械工程学院,四川,自贡,643000 刊名： 装备制造技术 英文刊名：EQUIPMENT MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010，(8) 被引用次数：0次 参考文献(3条) 1.周秀君.邓榆林基于PLC的高可靠性电机测速系统设计 2008(6) 2.王福安东风4型机车测速电机改用霍尔传感器的探讨 1998(6) 3.卢庆林数字动态扫描显示电路的实现 2006(10) 相似文献(10条) 1.期刊论文张运波.Zhang.yunbo基于PLC的电机转速实时监测系统-微计算机信息2005,21(25) 本文介绍了一种电机转速计算机实时监测的方法.它利用了PLC及其配套的A/D转换模块进行数据采集和转换,在VB环境下实现计算机与PLC的串行通讯.经过实验,实现了电机转速的数字和曲线显示,给出了应用程序和实验结果. 2.期刊论文王建.WANG Jian PLC在自由端口通讯下的电机转速PID控制-兵工自动化2005,24(4) 上位PC机与SIMENSE S7-200 PLC间的通讯通过VB通讯控件MSComm在自由口通信方式下实现.通过接收中断、发送中断、字符中断、发送指令(XMT)和接收指令(RCV)来控制通信过程.且PC为主机,PLC为从机.对电机转速PID控制,以S7-200提供的PID控制功能指令,与模拟量输入/输出模块结合实现. 3.会议论文项明.顾战松.范懋基PLC在多电机转速测控系统中的应用1998 利用FX2可编程序控制器，成功地对上海某钢铁企业生产线的18台直流电动机进行了转速测量、控制和显示。同时对电机运行过程中常见的6类故障，也迅速了检测、处理报警和数字化显示。这是一个功能比较完善的综合性能智能控制系统。文中重点介绍了对18台电机转速进行测控的设计思想和技巧。这对干冶金、玻璃等工业企业中常见的此类系统的设计与改造具有一定的参考价值。 4.学位论文章程基于PLC模糊控制的桥式起重机变频调速系统的研究2008 桥式起重机作为物料搬运机械在整个国民经济中有着十分重要的地位，因此提高桥式起重机的运行效率，确保运行的安全可靠性是十分重要的。传统的桥式起重机电控系统采用转子回路串接电阻进行有级调速，致使系统存在可靠性差、操作复杂、故障率高、电能浪费大、效率低等缺点。因此对桥式起重机控制系统进行研究具有现实意义，也是国内外相关行业专家学者的一个研究课题。 随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，交流变频调速技术作为高新技术、节能技术已经广泛应用于各个领域。特别是将变频技术运用到起重机上可以使得起重机的整体特性得到很大的提高，可以解决传统桥式起重机控制系统存在的诸多问题。 本文结合变频调速系统，提出了一种基于PLC的模糊控制策略实现方法。首先对基于PLC模糊控制的变频调速系统进行总体设计，然后重点进行工控机与PLC以及PLC与变频器之间的通信程序设计。接着论述了模糊控制器的原理和结构，并研究和设计了一种电机转速模糊控制器。对基于SIEMENSSIMATIC S2-200 PLC模糊控制策略进行了工程实现研究，并给出了关键部分的程序。 本文所研究的桥式起重机变频调速控制系统，可以实现起重机电机速度的调节，满足节约能源和适应生产的需要。本系统采用PLC模糊控制既保留了PLC的可靠、灵活、适应能力强等特点，又提高了控制系统的智能化程度和系统的静动态特性。仿真结果表明，该系统能对电机转速实现精确控制，实用性强，具有一定的推广价值。 5.会议论文杨岳斌.李辉消防泵自动控制系统改造2005 本文论述了采用可编程PLC控制器和变频器调节电机转速,实现对消防供水系统压力进行自动控制调节.当火情发生时消防泵自动启动,使水压在短时间内达到要求,从而保持相对稳定的压力,满足实际消防用水的要求,大大提高了消防系统正常运行的可靠性,可避免重大事故的发生。 6.期刊论文吕以全.郭勇.孙伯星PLC应用旋转编码器在触摸屏上监控电机转速-内蒙古科技与经济2007(19) 本文介绍了PLC应用旋转编码器在触摸屏上监控电机转数,高速计数器的模式选择,PLC的数据存储区DM6642的初始化的设置,旋转编码器的接线,触摸屏与PLC、旋转编码器的接线,PLC的编程软件设计. 7.学位论文朱元玉大型动态雕塑驱动系统和变频调速控制技术研究2009 随着人民生活水平的提高，旅游事业飞速发展，旅游区大型动态雕塑在提升城市形象和增加旅游项目方面起了重要的作用，也带来了显著的社会效益和经济效益。针对山东威海华夏集团规划的大型动态雕塑重量大、驱动环节多和同步要求高等特点引起的驱动系统设计复杂的问题，研究了大型动态雕塑机械驱动系统的总体方案和电气控制方案，较好地实现了设计目标。 研究了大型动态雕塑机械驱动系统的总体方案。为了解决内部可用安装空间小的问题，在机械结构上采用了多台电机驱动并配合行星齿轮减速器的方式，能较好地满足传动机构的驱动要求。 采用变频调速技术实现电机转速调节，同时采用变频器的矢量控制模式，实现了电机转速的闭环控制。这种方法不仅解决了电机启动时的机械、电气冲击问题、运行时的稳定性以及制动的安全有效性等问题，还可以有效地节约电能10％以上。 研究了以变频器为核心的交流调速系统，设计了硬件控制系统，包括设备和模块的选择等。基本操作面板可供系统调试时的参数设置和修改等 ，Profibus接口模块可方便地实现与上位机PLC通信。在升降电机和回转电机的同步控制上，采用变频器对电机的转矩进行调节，达到了协调多台电机在转矩输出上保持平衡。 研究了以PLC为主体的控制系统，给出了控制系统方案，包括控制电路、控制原理和PLC控制程序流程等内容。 分析了三相交流电动机的动态方程和变频器矢量控制的原理，运用Matlab/Simulink等模块建立了电机矢量变频调速系统的仿真模型，分析了启动阶段的转矩特性和转速调节特性，仿真结果表明系统具有良好的稳态特性。 分析了组态软件MCGS的功能特点，设计出系统人机界面--“大型动态雕塑监控界面”。人机界面具有操作安全简单的特点，可完全实现自动化控制。可方便地监视系统运行状态，为及时发现和排除故障提供了有效途径。 8.期刊论文刘江歌.齐明侠.岳吉祥.LIU Jiang-ge.QI Ming-xia.YUE Ji-xiang基于PLC的直流电机转速监测及超速控制-机械工程师2006(2)
单片机课程设计
基于单片机的转速测量系统设计 【摘要】介绍了一种基于AT89C51单片机平台,采用光电传感器实施电机转速测量的方法,硬件系统包括脉冲信号产生、脉冲信号处理和显示模块,并采用C语言编程,结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。介绍了该测速法的基本原理、实现步骤和软硬件设计 【关键词】转速测量; 单片机; 霍尔传感器；电机；脉冲。
1.概述 1.1 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。 1.2 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
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
可实现功能： 1 可控制左右旋转 2 可控制停止转动 3 有测速功能，即时显示在液晶上 4 有速度档位选择，分五个档次，但不能精确控速 5 档位显示在液晶上 用到的知识： 1 用外部中断检测电机送来的下降沿，在一定时间里统计 脉冲个数，进行算出转速。 2 通过改变占空比可改变电机速度，占空比的改变可以通过改变定时器的重装初值来实现。 3 要想精确控制速度，还需要用自动控制理论里的PID算法，但参数难以选定，故在此设计中没有涉及！ #include
sbit detect=P3^2; //检测脉冲 sbit lcdrs=P0^0; sbit lcden=P0^1; #define Da P2 uint temp; //保存检测到的电平数据以便比较 uint count; //用于计数 uint aa,bb; //用于计数 uint speed; //用来计算转速 uint a=25000; uint t0=25000,t1=25000; //初始时占空比为50% uchar flag=1; //此标志用于选择不同的装载初值uchar dflag; //左右转标志 uchar sflag=1; //用来标志速度档位 #define right_turn PW1=0;PW2=1 //顺时针转动#define left_turn PW1=1;PW2=0 //逆向转动#define end_turn PW1=1;PW2=1 //停转 void keyscan(); //键盘扫描 void delay(uchar z); void time_init(); //定时器的初始化 void write_(uchar ); //液晶写指令 void write_data(uchar date); //液晶写数据 void lcd_init(); //液晶初始化 void display(uint rate); //显赫速度 void int0_init(); //定时器0初始化 void keyscan(); //键盘扫描程序 void judge_derection(); void main() { time_init(); //定时器的初始化 lcd_init(); //液晶初始化 int0_init(); //定时器0初始化 while(1) { } } void time_init()
基于无刷直流电机控制系统设计与实现 发表时间：2017-10-20T11:19:09.350Z 来源：《防护工程》2017年第15期作者：樊圣至[导读] 为了摆脱此系统对进口技术的依赖性，应深入研究其控制系统，提升设计水平，从而实现煤矿开采的自动化。交通运输部东海第一救助飞行队摘要：无刷直流电机具备体积小、效率高以及控制精度高等优势，且在多个领域得到了广泛使用。但在部分控制系统中，外加干扰以及参数摄动等因素干扰了系统的动静态性，基于此，本文在分析无刷直流电机结构与运行原理的基础上，指出了其软硬件方面的优化控制措施，以期为此后无刷直流电机控制系统的设计工作提供更多的参考依据。 关键词：无刷直流电机；控制系统；设计与实现 1 无刷直流电机结构 电机本体、位置测算结构、电子换相逻辑等均属于无刷直流电机的组成结构，且其与永磁同步电机较为相似。相较直流电机，无刷直流电机旋转的转子为磁极，而直流电机为绕组。且定子主要由电枢绕组、定子铁芯以及其他固定部件组成，电枢绕组一般采用三相Y型绕法，而转子磁极则采用稀土永磁钢片组成，安装在转子表面。 2 无刷直流电机软硬件设计2.1系统硬件部分 2.1.1系统硬件结构 系统硬件主要包括整流电路、开关电源电路、控制芯片、信号隔离电路、调试电路、逆变功率电路以及电流电压检测与保护电路等，其具体结构如下图1所示。 图1 无刷直流电机控制系统硬件结构组成图其中键盘控制系统信息，比如完成启动、停机、速度给定以及系统参数的在线修改等工作。系统交流电源通过整流桥获得直流电源，并供给全桥逆变以及开关电源电路。而开关电源电路则为系统提供24V以及5V的直流电源，电压检测电路通过模数转换获得电压时值，通过母线电压的监控实行过压保护动作，而主控芯片则通过判断输入信息进行控制命令。 2.1.2电源部分分路 整个系统能量的主要来源便是电源，且其呈现出交流、直流以及交流的变化过程，整个电路被分为强电与弱电两个组成部分，且单相220伏的交流电在整合后会形成310伏的直流电，为逆变电路以及开关电路提供能量。首先是整流电路，包括单相全桥不可控整流电路以及电容充电电流限制电路两个组成部分，当电机功率为1.5kW时，控制器的输出能力设定为2.2kW，且上电瞬间直流电源对电容充电，断开继电器，且电流在经过电阻的过程中得到缓冲。其次是电源电路，主要由变压器、IC1以及MC7085等部分组成，其中IC1为电源的专门控制面板。且开关电源处于电压工作模式，IC1通过电压反馈调整PWM的输出功率，从而维持电源电压的稳定运行。最后是芯片电源电路，主要采用主控芯片为3.3伏的工作电平。 2.1.3主控芯片以及周边电路研究中采用适合电机控制领域的32位Cortex -M3核的单片机，可以达到较高的运算效率，且其时钟频率为72赫兹，具备丰富的外设资源。在设计管脚分配以及附属电路时应在参考专业手册的基础上进行，第一，对于引脚60的外接电路，芯片应处于下载设置状态，且系统完成后还应焊接0欧姆的电阻，以保持引脚的低电平状态。第二，对于晶振电路应采用8M外部晶体的振荡器，且电源与大地之间连接电容，以排除电源的耦合干扰。第三，PWM信号输出控制电路，应采用安全性较强的芯片，且在芯片输出后以及光电隔离之前设置74ACT244以有效控制信号的总输出。第四，键盘系统属于独立通信模块，设计时应按照协议要求编写通讯软件即可使用。 2.1.4功率器元件以及驱动电路GTO、MOSFET、GTR、IGBT以及IPM等均属于常用的功率开关元件，且设计期间，应根据元件管件的耐压程度、最大开关频率等因素进行选择。本次研究中，电机控制要求较高的开关频率；较小的导通阻抗以及较小的驱动功率，因此可以选择MOSFET、IPM以及IGBT。比较发现，IGBT具备大电流以及低导通阻抗的特点，可以保持开关频率；而IPM则在内部集成了过高电压、过大电流以及高温的检测系统，且可以在引脚处输出故障信号，降低了系统的损害率。但考虑到此次研究的试验性质，因此应选择IGBT的分立元件组建全桥逆变电路，并确定1200伏的耐压与25安的额定电流，上升时间为50毫秒。 2.1.5模拟量采集与故障电路
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
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
转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。同时从测速仪是否与转轴接触又可分为接触式，非接触式。目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和振动测速法。 1．光电码盘测速法 这是通过测出转速信号的频率或周期来测量电机转速的一种无接触测速法。光电码盘安装在转子端轴上，随着电机的转动，光电码盘也跟着一起转动，如果有一个固定光源照射在码盘上，则可利用光敏元件来接受光，接收到光的次数就是码盘的编码数。若编码数为l，测量时间为t，测量到的脉冲数为N，则转速 n=(N/t*l)*60。 2．霍尔元件测速法 利用霍尔开关元件测转速的。霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。输出电平与TTL电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。 3．离心式测速法 离心式转速表是利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。这就是离心式转速表的原理。测转速时，转速表的端头要插入电机转轴的中心孔内，转速表的轴要与电机的轴保持同心，否则易响准确读数。 4．测速发电机测转速 利用直流发电机的电枢电动势E与发电机的转速成正比的这一关系测量转速。测转速时，测速发电机连接到被测电机的轴端，将被测电机的机械转速变换为电压信号输出，在输出端接一个刻度以转速为单位的电压表，即可读出转速。 5．闪光测速法 利用可调脉冲频率的专用电源施加于闪光灯上，将闪光灯的灯光照到电机转动部分，当调整脉冲频率使黑色扇形片静止不动时，此时脉冲的频率是与电机转动的转速是同步的。若脉冲频率为，则电机的转速为(r/min)。
直流无刷电机的控制系统设计方案1 引言 1.1 题目综述 直流无刷电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的，它不仅保留了有刷直流电机良好的调试性能，而且还克服了有刷直流电机机械换相带来的火花、噪声、无线电干扰、寿命短及制造成本高和维修困难等等的缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征：低噪声、体积小、散热性能好、调试性能好、控制灵活、高效率、长寿命等一系列优点。基于这么多的优点无刷直流电机有了广泛的应用。比如电动汽车的核心驱动部件、电动车门、汽车空调、雨刮刷、安全气囊；家用电器中的DVD、VCD、空调和冰箱的压缩机、洗衣机；办公领域的传真机、复印机、碎纸机等；工业领域的纺织机械、医疗、印刷机和数控机床等行业；水下机器人等等诸多应用[1]。 1.2 国内外研究状况 目前，国内无刷直流电机的控制技术已经比较成熟，我国已经制定了GJB1863无刷直流电机通用规范。外国的一些技术和中国的一些技术大体相当，美国和日本的相对比较先进。当新型功率半导体器件：GTR、MOSFET、IGBT等的出现，以及钕铁硼、钐鈷等高性能永磁材料的出现，都为直流电机的应用奠定了坚实的基础。近些年来，计算机和控制技术快速发展。单片机、DSP、FPGA、CPLD等控制器被应用到了直流电机控制系统中，一些先进控制技术也同时被应用了到无刷直流电机控制系统中，这些发展都为直流电机的发展奠定了坚实的基础。 经过这么多年的发展，我国对无刷电机的控制已经有了很大的提高，但是与国外的技术相比还是相差很远，需要继续努力。所以对无刷直流电机控制系统的研究学习仍是国内的重要研究内容[2]。 1.3 课题设计的主要内容 本文以永磁方波无刷直流电机为控制对象，主要学习了电机的位置检测技术、电机的启动方法、调速控制策略等。选定合适的方案，设计硬件电路并编写程序调试，最终设计了一套无位置传感器的无刷直流电机调速系统。本课题涉及的技术概括如下：
课程设计报告 课程名称微机控制技术 设计题目电机测速系统 专业班级自动化0741 姓名 学号 指导教师 起止时间2010.12.27~2011.01.07 电气与信息学院
课程设计考核和成绩评定办法 1．课程设计的考核由指导教师根据设计表现、设计报告、设计成果、答辩等几个方面，给出各项权重，综合评定。该设计考核教研室主任审核，主管院长审批备案。2．成绩评定采用五级分制，即优、良、中、及格、不及格。 3．参加本次设计时间不足三分之二或旷课四天以上者，不得参加本次考核，按不及格处理。 4．课程设计结束一周内，指导教师提交成绩和设计总结。 5．设计过程考核和成绩在教师手册中有记载。 课程设计报告内容 课程设计报告内容、格式各专业根据专业不同统一规范，经教研室主任审核、主管院长审批备案。 注：1. 课程设计任务书和指导书在课程设计前发给学生，设计任务书放置在设计报告封面后和正文目录前。 2. 为了节省纸张，保护环境，便于保管实习报告，统一采用A4纸，实习报告建议双面打印（正文 采用宋体五号字）或手写。
摘要 现代工业现场和生活中多应用电机测速系统，所以对其了解及进一步研究很是必要。本次设计给我们提供了这样的一个机会。 设计测速电动机系统，实现按键能设定4个电机转动速度，PLC和上位机组态软件连接，PLC通过控制变频器输出不同频率三相电使电机转动起来，然后通过旋转编码器测量电机速度，旋转编码器输出接PLC高速计数输入通道，计算当前电机转速，并在上位机组态软件中上显示出来。 关键词 PLC 电动机旋转编码器变频器 Abstract： Motor speed system is applied to the modern industrial field and in life，So understanding and further study of it is very necessary. The design provides us with such a chance. Designing motor speed system which realize buttons which can set up four motor rotation speed，PLC can connect to upper unit configuration software,PLC control inverter which can export different frequencies,its exporting can make motor turn,then Rotary encoder measure motor’s speed through the revolving ,Rotary encoder’s outputing connect to PLC high-speed counting input,while it calculates the motor speed and in the upper unit configuration software displayed. Keywords: plc electric motor Rotary encoder inverter
单片机原理及应用 课程设计报告书 题目：用单片机控制直流电动机并测量转速姓名：徐银浩 学号：1110702225 专业：电子信息工程 指导老师：沈兆军 设计时间：2014年 11月 信息工程学院
目录 1. 引言 (1) 1.1 设计意义 (1) 1.2 系统功能要求 (1) 2. 方案设计 (1) 3. 硬件设计 (3) 3.1 AT89C51最小系统 (3) 3.2 按键电路 (4) 3.3 A/D转换模块 (4) 3.4. D/A转换模块 (6) 3.5 电机转速测量电路 (7) 3.6 显示电路 (8) 3.7 总电路图 (10) 4. 软件设计 (111) 4.1 系统主程序设计 (12) 4.2 按键扫描程序设计 (12) 4.3 显示子程序 (12) 4.4 定时中断处理程序 (12) 4.5 A/D转换程序 (13) 5. 系统调试 (14) 6. 设计总结 (16) 7. 参考文献 (17)
8. 附录A；源程序 (18) 9. 附录B；电路原理总图、作品实物图片 (23)
用单片机控制直流电动机并测量转速 1 引言 1.1. 设计意义 电动机作为最主要的动力源，在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法，随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制也发生了深刻的变化，本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号，经AD后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。 1.2.系统功能要求 单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。 通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速。 手动扩展。在键盘上设置两个按键——直流电动机加速键和直流电动机减速减。在手动状态下，每按一次键，电动机的转速按照约定的速率改变。 用显示器LED或LCD显示数码移动的速度，及时形象地跟踪直流电动机转速的变化情况。 2 方案设计 为了使用单片机对电动机进行控制，对单片机的基本要求应有足够快点速度；有捕捉功能。总体设计方案如图所示
基于MC33035的无刷直流电机驱动控制系统设计 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，无刷直流电机，MC33035，位置传感器
THE BRUSHLESS DC MOTOR DRIVE SYSTEM DESIGN BASED ON MC33035 CHIP ABSTRACT With the rapid development of technology, new energy technologies in recent years have been widely used. For example, the small size, light weight, high efficiency, low noise, large capacity and high reliability features such as permanent magnet brushless DC motor-driven bike. MC33035 Typical control functions include open loop PWM speed control so that it can control (start or stop), reversing control and braking control. This chip is overcurrent protection, undervoltage protection, under current protection, and therefore chip cost, high intelligence, which simplifies the system structure, lower system costs, increase system performance to meet the needs of more applications. The design of the brushless DC motor controller is controlled by MC33035 chip to this design results show that, MC33035 typical time delay control with an optional latch-by-week shutdown mode current limiting characteristics, and internal thermal shutdown characteristics. Electric bicycles as a mode of transportation has caused a great impact on society and loved by the majority of users. KEY WORDS: electric-bicycle, brushless DC motor, MC33035, position sensors
科信学院 课程设计说明书（2012/2013学年第二学期） 课程名称：单片机应用课程设计 题目：简易小直流电机测速 专业班级：10级自动化三班 学生姓名：师鑫源 学号：100412309 指导教师：苗敬利高敬格王巍杨怡君 设计周数：两周 设计成绩： 2013年6月27日 目录
摘要.......................................................................................................... ............................ (3) 1、课程设计目的 (4) 2、课程设计要求 (4) 3、课程设计器材 (4) 4、课程设计正文 (5) 4.1系统分析与实施 (5) 4.2硬件部分 (5) 4.2.1 STC90C52AD功能参数介绍 (5) 4.2.2时钟电路设计 (6) 4.2.3按键电路设计 (8) 4.2.4显示电路设计 (8) 4.2.5复位电路设计 (9) 4.2.6检测电机转速的电路设计 (10) 4.3系统硬件调试 (12) 4.3.1.调试方案 (12) 4.3.2.仿真调试结果 (12) 4.3.3硬件调试结果 (12) 4.4 软件设计 (14) 4.4.1软件系统分析 (14) 4.4.2 系统软件设计 (17) 4.4.3 系统软件实施与调试 (23) 5、课程设计总结 (23) 6、课程设计经验 (24) 7、参考文献 (24) 附录一、protel软件绘制的工作原理图 (11) 附录二、PROTUES软件绘制的仿真图 (13) 摘要
无刷直流电机控制系统的Proteus仿真-机械制造论文 无刷直流电机控制系统的Proteus仿真 王家豪潘玉民 （华北科技学院电子信息工程学院，河北三河101601） 【摘要】基于Proteus软件仿真平台，提出了一种对无刷直流电机(BLDCM)控制系统实现了转速闭环控制的方案。该系统以AT89S52单片机为核心，采用IR2101芯片驱动及AD1674实现速度，并利用数码动态显示转速，通过增量式PID调节对无刷直流电机实现转速闭环稳定控制。仿真结果表明该系统具有可控调速、显示直观等特点。 关键词无刷直流电机(BLDCM)；Proteus；增量式PID；闭环控制 ０引言 无刷直流电机（BLDCM）既有直流有刷电机的特性，又有交流电机无刷的优点，在快速性、可控性、可靠性、输出转矩、结构、耐受环境和经济性等方面具有明显的优势，近年来得到迅速推广[1]。BLDCM是一种用电子换向取代机械换向的新一代电动机，与传统的直流电动机相比，它具有过载能力强，低电压特性好，启动电流小等优点。近年来在工业运用方面大有取代传统直流电动机的趋势，所以研究无刷直流电机的驱动控制技术具有重要的实际应用价值。 本设计采用增量式PID控制策略控制无刷电动机，并在Proteus平台上进行转速闭环系统仿真。搭建了无刷直流电动机转速控制系统的仿真模型，基于80C51控制核心，采用keil C51软件编写C程序。 1系统硬件组成 控制系统的硬件组成如图1所示。采用Atmel公司的AT89S52单片机为系统
控制核心、IR2101驱动的MOSFET三相桥式逆变器、无刷直流电机、A/D转换转速检测、闭环PID控制、按键检测、档位和转速显示等部分组成。 2控制系统核心及外围电路 系统核心AT89S52单片机最小系统及按键电路如图2所示。 AT89S52芯片是8位单片机，具有廉价、实用及运算快等优点，它有两个定时器，两个外部中断接口，24个I/O口，一个串行口。 单片机首先进行初始化，将显示部分（转速显示、档位显示）送显“0”然后通过中断对按键进行检测当检测到启动键按下时，系统启动，控制核心输出初始控制码，与此同时通过AD转换器读取当前的实时转速，一方面用于显示，另一方面将当前转速与设定转速送入PID控制环节然后输出下一时刻的控制码。 在本次设计中使用80C51的外部中断接口0（INT0）作按键检测（见图3），通过四个与门，当有任何一个按键按下去时tap端都会出现低电平引发中断。