基于功率电子的电机驱动控制技术研究

电动车驱动电机及其控制技术综述摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上全面分析并比较了电动车要紧电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其操纵系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的进展方向。

1 概述电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其特殊的优越性与竞争力，而且能够更方便地使用现代操纵技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的进展前景。

现有电动车大致能够分为下列几个要紧部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。

驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。

不管何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都能够分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，要紧包含电动机、功率电子元器件及操纵部分。

如图1所示。

其中，电动车驱动系统均具有相同或者相似的功能模块，如图2所示。

2 电动车电气驱动系统比较电动机的类型对电气驱动系统与电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上要紧就是对不一致电动机及其操纵方式进行比较与分析。

目前正在应用或者开发的电动车电动机要紧有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。

由这四类电动机所构成的驱动系统，其总体比较如下表所示。

电动车电气驱动系统用电动机比较表下面分别对这几种电气驱动系统进行较为全面地分析与阐述。

2.1 直流驱动系统直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩操纵特性，因此直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的要紧研发对象。

而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。

但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器保护困难，很难向大容量、高速度进展。

此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。

此外，直流电动机价格高、体积与重量大。

随着操纵理论与电力电子技术的进展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。

电力电子技术在电机驱动系统中的应用电力电子技术是一门涉及电力转换和电能控制的学科，其在电机驱动系统中的应用具有重要的意义。

本文将探讨电力电子技术在电机驱动系统中的应用，并对其在系统效能、能量利用和控制策略方面的优势进行深入分析。

一、电力电子技术的基础原理电力电子技术基于半导体器件的特性、电力半导体开关的运行方式以及电力电子电路的设计与控制原理。

其核心思想是通过控制开关器件的通断状态，实现对电能的转换和控制。

电力电子技术包括各种电力电子器件、电力电子电路和电力电子系统。

二、电力电子技术在电机驱动系统中的应用1. 变频调速技术变频调速技术是电力电子技术在电机驱动系统中最常见的应用之一。

通过变频器将直流电能转换成交流电能，并控制输出频率和电压，实现对电机转速的调节。

这种技术可以实现电机的平稳启动、调速范围宽、转速精度高等优势，广泛应用于工业生产中的电机驱动系统。

2. 无级换向技术无级换向技术是电力电子技术在电机驱动系统中的另一种重要应用。

传统的直流电机通过机械换向器实现换向，而无级换向技术则通过电力电子器件实现对电流方向和大小的精确控制，从而提高电机的性能和效率。

无级换向技术广泛应用于电动车、电动助力车以及高速列车等领域，为电机的高效、稳定运行提供了可能。

3. 电力因数校正技术电力因数校正技术是电力电子技术在电机驱动系统中的又一重要应用。

在传统的电机驱动系统中，电机负载常常导致功率因数低，造成电网负荷不平衡、电能浪费等问题。

电力因数校正技术通过控制电流的相位和大小，使功率因数接近1，从而改善电网质量，提高能源利用率，减少能量损耗。

这种技术广泛应用于电机驱动系统中，对电力转换和电能控制起到了重要的作用。

三、电力电子技术在电机驱动系统中的优势1. 提高系统效能电力电子技术可以实现电能的高效转换和控制，提高电机的效率和功率密度。

同时，通过精确控制电机的转速和转矩，使得电机在不同负载条件下都能保持最佳的工作状态，进一步提高系统的效能和可靠性。

新能源汽车驱动电机技术研究新能源汽车是近几年来快速发展的领域。

与传统内燃机驱动汽车相比，新能源汽车有着更优秀的环保性能，减少了对自然环境的污染，也是解决气候变化问题的一种手段。

随着政府各种政策的支持，新能源汽车的销售量也在逐年增加。

而随着电动汽车的普及，驱动电机技术的研究也变得越来越重要。

一、电动汽车的驱动电机技术发展历程电动汽车的发展前景一直备受关注，但由于电动汽车的驱动电机技术一直较为落后，限制了电动汽车的发展。

而在长期的发展中，驱动电机技术也经历了几个阶段的发展。

1. 直流电机阶段最早的电动汽车使用直流电机作为驱动电机，这种电机通常是由可逆的电池组提供动力，在使用过程中具有很高的效率。

但是，直流电机需要使用大型的电容器存储电能，使得电机效率受到了较大的限制。

2. 交流电机阶段随着电子技术的进步，现代的电动汽车大多采用交流电机作为驱动电机，这种电机相对于直流电机来说，功率密度更高，效率更高，也更加具有抗干扰技术。

但是，交流电机的控制技术相对而言更加复杂，电机的可靠性也受到了比较严重的制约。

3. 磁共振电机阶段磁共振电机是电动汽车领域的新一代驱动电机技术。

这种电机基于磁共振理论，能够实现高效、高功率且低噪音的驱动效果。

磁共振电机的应用在电动汽车上，具有当世所有电机中最高的功率密度，支持从几马力到几百马力的所有级别的电动汽车，是未来发展的趋势。

二、新能源汽车驱动电机技术的研究现状1. 驱动电机的设计研究电动汽车的驱动电机系统由多种关键部件组成，如电机、电控器、变速器等。

在新能源汽车生产中，为保证驱动电机的实际性能与设计同步，需要开展一系列研究设计工作。

此外，电动汽车驱动电机还是一个系统集成的过程，需要各项技术协同工作，特别需要加强底盘、悬挂、转向等配套技术工作的研究。

2. 驱动电机的控制研究电动汽车驱动电机的控制系统是整个汽车系统的关键部件之一。

目前，通过动态系统模型的分析和仿真，大量研究表明，通过优化和改进控制算法、提高控制精度，可以改善电动汽车动态性能和经济性能，降低能源消耗和排放量。

电子产品世界作者简介：陈岳海(2000—)，廖墀坤、张涵(1999—)，陈少真、陈星如(1998—)，男，主要从事集成电路设计、自然语言处理、信号处理的研究、或器件仿真等的学习与研究。

基于Wujian100多功能电机控制系统的研究*Research Based on Wujian100 Multi-function Motor Control System陈岳海，廖墀坤，张 涵，陈少真，陈星如 (广东工业大学，广州 510006)摘 要：本文提出基于Wujian100 开源SoC平台实现一个多功能、高精度的步进电机控制系统。

本系统使用自适应BP神经网络PID算法，可动态调节控制参数，提高系统的稳定性。

搭配梯形加减速、SPTA以及电机速度控制算法，实现对步进电机的旋转角度和速度的控制。

搭载温湿度传感器、电压电流检测模块、电机表面温度测量装置等来保证电机工作环境的适宜性。

本系统在基于对单个电机精确控制的基础上实现了对三轴电机的多功能控制，包括角度和速度。

此外为实现本地离线和远程在线控制，系统通过串口触摸屏、WiFi传输模块，搭配阿里云物联网平台，设计了多种人机控制界面，均可进行多功能控制。

关键词：电机控制；SoC设计；神经网络PID；传感器；物联网*本项目获得“2020年全国大学生集成电路创新创业大赛”“平头哥杯”二等奖。

0 引言随着物联网时代的到来以及自动控制领域的发展，以智能化为代表的机器人在社会的各行各业影响到我们，并发挥了神奇的力量。

在各领域中，涉及自动化控制的系统，均与电机的控制相关，尤其在高精度系统中，要求电机控制精度非常高。

由此，研究高精度、高效率、成本低的电机控制系统非常必要。

Wujian100 SoC 平台的开发，自适应BP 神经网络PID 、梯形加减速、SPTA 、电机速度闭环控制算法。

最终实现了控制系统的搭建，包括硬件结构、软件结构及系统仿真和调试。

1 电机控制系统总体设计方案１．１　电机控制方式本系统采用57式两相四线步进电机，使用DM860电机驱动器，该驱动器可实现400~40 000细分，在本系统中使用1 600细分的精度，驱动器有三种控制信号：PUL 、DIR 、ENA 。

基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计一、本文概述随着现代电子技术的飞速发展，直流电机因其优良的控制性能和简单的结构设计，在工业自动化、精密仪器和消费电子等领域得到了广泛应用。

传统的直流电机驱动控制电路存在功耗大、效率低、响应速度慢等问题，难以满足当前对高性能电机控制系统的需求。

研究新型的直流电机驱动控制电路具有重要意义。

本文主要聚焦于基于场效应管的直流电机驱动控制电路设计。

场效应管（FET）作为一种高效、快速的电子器件，在电机驱动领域具有独特的优势。

本文将首先介绍场效应管的基本原理和特性，以及其在直流电机驱动控制中的应用优势。

接着，本文将详细阐述一种基于场效应管的直流电机驱动控制电路的设计方法，包括电路的拓扑结构、工作原理以及关键参数的设计与优化。

本文的研究重点在于如何通过优化电路设计，提高直流电机驱动控制系统的性能，包括降低功耗、提高效率、加快响应速度等。

本文还将探讨电路设计中可能遇到的问题和挑战，并提出相应的解决策略。

总体而言，本文旨在为直流电机驱动控制电路的设计提供一种新的思路和方法，以推动电机控制技术在现代工业和电子领域的应用与发展。

二、场效应管基础知识场效应管（FieldEffect Transistor，简称FET）是一种利用电场效应来控制电流流动的半导体器件。

它具有三个引脚：源极（Source）、栅极（Gate）和漏极（Drain）。

场效应管的主要类型包括结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。

在直流电机驱动控制电路中，MOSFET因其高输入阻抗、低导通电阻和高开关速度等特点而得到广泛应用。

场效应管的工作原理基于电场效应。

在MOSFET中，当在栅极和源极之间施加一个电压时，会在栅极和硅基片之间形成一个电场。

这个电场会影响硅基片中的电荷分布，从而控制源极和漏极之间的电流流动。

当栅极电压达到一定阈值时，MOSFET开始导通，电流可以在源极和漏极之间流动。

场效应管的特性参数对其在电路中的应用至关重要。

基于PWM控制技术的直流电机驱动系统设计摘要：本文基于PWM控制技术，研究了直流电机驱动系统的设计。

文章首先介绍了直流电机的基本原理和结构特点，然后阐述了PWM控制技术的基本原理和实现方法，接着分析了直流电机驱动系统中常见的驱动电路，并通过实验验证了PWM控制技术的优点和应用价值。

最后，总结了本文的研究结论，提出了后续研究的方向和建议。

关键词：PWM控制技术；直流电机；驱动电路；应用价值Abstract: This paper is based on PWM control technology, studying the design of DC motor drive system. Firstly, the basic principle and structural characteristics of DC motor are introduced, then the basic principle and implementation method of PWM control technology are elaborated, and the common drive circuits in DC motor drive system are analyzed. Through experiments, we verified the advantages and application value of PWM control technology. Finally, the research conclusions were summarized, and the direction and suggestions for subsequent research were proposed.Keywords: PWM control technology; DC motor; Drive circuit; Application value一、绪论直流电机作为一种常见的电动机，具有结构简单、容易控制、启动转矩大等优点，广泛应用于机械、电子、汽车等各个领域。

单片机的电机功率控制技术单片机（Microcontroller Unit，MCU）作为嵌入式系统的核心部件，被广泛应用于各种电子设备中。

在众多应用中，电机功率控制技术是其中重要的一部分。

本文将介绍单片机电机功率控制技术的原理和应用。

一、电机功率控制技术的原理电机功率控制技术旨在通过对电机供电进行调节，达到控制电机输出功率的目的。

传统的电机功率控制方法主要依靠开关电源、变频调速等手段实现。

而基于单片机的电机功率控制技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对电机的精确控制。

单片机作为控制核心，通过与电机驱动电路、功率电路直接相连，实现对电机供电的精确调控。

通过调整单片机输出的PWM信号的占空比，可以控制电机的速度、转矩和功率。

二、电机功率控制技术的应用1. 电动机驱动系统单片机的电机功率控制技术广泛应用于各种电动机驱动系统中。

例如，汽车电动车窗的升降系统、空调室外机的风扇控制、机械手臂的电机控制等。

在这些应用中，单片机通过接收来自传感器的反馈信号，实时调整PWM信号的占空比，控制电机的功率输出。

通过精确的控制，可以实现电机的高效工作，并满足系统对速度、转矩和功率的要求。

2. 电机调速系统单片机的电机功率控制技术在电机调速系统中也得到了广泛应用。

例如，电动车辆中的电机调速系统、电动工具中的电机调速系统等。

通过单片机对PWM信号进行调节，电机的转速可以精确控制。

在电机调速系统中，单片机可以根据要求调整电机的输出功率，实现对电机转速的精确控制。

三、单片机电机功率控制技术的优势相比传统的电机功率控制方法，单片机电机功率控制技术具有以下优势：1. 精确控制：通过调节PWM信号的占空比，可以实现对电机功率的精确控制，满足系统的要求。

2. 反馈控制：单片机可以接收来自传感器的反馈信号，实时调整电机的功率输出。

通过反馈控制，可以使系统对电机的控制更加精确和稳定。

3. 低成本：与传统电机功率控制方法相比，单片机电机功率控制技术的硬件成本相对较低。

基于MOSFET的永磁同步电动机驱动电路设计永磁同步电动机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种被广泛应用于工业和消费电子领域的高性能电机。

为了实现对PMSM的精确控制，需要设计一种高效的驱动电路。

基于MOSFET的驱动电路是目前常见的PMSM驱动方案之一首先，需要理解MOSFET的工作原理。

MOSFET是一种三端器件，分别为栅极（Gate）、漏极（Drain）和源极（Source）。

通过控制栅极电压，可以调节MOSFET的导通和截止状态。

MOSFET在导通状态时能提供较低的导通电阻，从而能够实现高效的电机驱动。

设计基于MOSFET的PMSM驱动电路，首先需要将输入电源电压进行适当的转换和调节，以提供所需的直流电压。

通常，这可以通过使用整流和滤波电路来实现。

接下来，需要使用MOSFET来进行功率放大和开关控制。

为了实现对PMSM的正反转和调速控制，需要配备至少六个MOSFET，分别对应PMSM三相的A相、B相和C相。

这些MOSFET通常形成一个“桥”配置，通常称为功率电子桥。

在PMSM驱动过程中，需要根据电机的状态和所需的转速来控制MOSFET的开关状态。

为了精确控制，可以使用一种被称为PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）技术。

PWM技术通过控制每个MOSFET的开关时间比例来实现对电机的精确控制。

最后，为了保护电机和驱动电路免受故障和过流的损害，通常还需要添加过流保护电路和温度保护电路。

过流保护电路可通过监测电流并在超过阈值时切断电源来实现。

温度保护电路则可监测电机或驱动电路的温度，并在温度超过一定阈值时采取相应的保护措施，例如减小电流或关闭电源。

总之，基于MOSFET的永磁同步电动机驱动电路设计是一项复杂的工程，需要根据实际需求和电机参数进行详细的设计和计算。

正确设计的驱动电路能够确保电机的稳定运行和高性能工作。

直流无刷电机原理及驱动技术直流无刷电机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种以电子换向的方式驱动的电机。

相对于传统的有刷直流电机，无刷直流电机具有更高的效率、更低的能量损耗、更长的寿命和更高的输出功率等优点，因此在许多应用领域得到了广泛应用。

直流无刷电机的工作原理比较复杂，它的转子由一组磁钢组成，分布在转子的外围，并以等间距排列。

在转子的外围，固定了一组电磁铁使得它们的磁极排列和磁铁相互间隔的磁极相对应。

电机通过控制器产生的脉冲信号，控制转子磁极的磁场的极性和强度。

当转子的磁场与电磁铁的磁场产生的磁力相互作用时，就会产生力矩推动转子旋转。

为了控制无刷电机的旋转方向和速度，需要使用电子换向技术。

电子换向可以通过测量转子位置并实时调整电流来实现。

电子换向通常通过三相电流反馈控制来实现。

这意味着需要三个传感器来测量电机的电流，并通过调整电流来实现换向控制。

无刷直流电机的驱动技术有多种，其中最常见的是基于PWM调制的驱动技术。

PWM调制将直流电源与电机连接，并以一定的频率调制电源电压，控制电机的运转速度和力矩。

这种驱动方式能够提高电机的效率，并减少能量损失。

此外，也可以使用传统的定向控制器来实现无刷电机的驱动，通过测量转子位置并控制定子线圈的电流来实现精确的转子控制。

在应用中，无刷电机的驱动技术还可以根据具体的需求进行调整。

例如，使用传感器和反馈控制器来实现闭环控制，可以提高驱动系统的响应速度和稳定性。

此外，还可以使用无传感器的反电动势控制技术，通过测量电机绕组的电流反电动势来测量转子位置，从而实现换向控制。

总之，直流无刷电机通过电子换向和驱动技术，实现了高效、低能耗、长寿命和高输出功率的特点。

在各种应用领域，比如磁盘驱动器、家用电器、汽车等，无刷电机都发挥了重要的作用。

进一步的研究和发展无刷直流电机驱动技术，可以进一步提高其性能，推动其应用范围的拓展。