电机控制系统设计

第三讲智能车电机驱动控制设计一智能车驱动要求：直流电动机是智能车前进的动力直流电机由7.2V蓄电池供电3.前进速度要求可以控制，加速，减速▲弯道时减速▲直道时加速通过因此电机需要调压控制4.到达终点线时，在3米内停止控制方案：a终点线时切断电源，自由停车

b能耗制动

c反接制动二直流电机调速直流电机原理直流电压平衡方程

Ud=RaId–E反电动势

E=Ken

直流电动机调速方程三直流电机调速电路小功率直流调速采用直流PWM斩波控制半桥式斩波电路电动机只能单方向电动运行，能耗制动全桥式斩波电路电机能正反运行（智能车只要单向）

反接制动——制动速度快，电流大，制动时间长，电机会反转。1.半桥式斩波电路T1,T2－功率场效应管

T1（n型）,T2（p型）D1,D2－二极管M－电动机经过T1的通断（PWM控制），调节电压Ud改变电压Ud,电机转速改变－调压调速半桥式调压电路工况a：T1导通电源E经T1给电机供电工况b：T1关断电感L经D2续流调节脉冲宽可调Ud半桥式电路制动过程工况c：T2导通T1关断电机反电势Em经T2，产生电流，转速n下降－能耗制动。工况d：T2关断T1关断电感L反电势EL使D1导通，电感储能向电源E充电半桥式电路特点

1.电路简单，用元件少

2.能耗制动，不会产生反转，停车准确

3.T1在PWM驱动时，T2不给脉冲，

T2在PWM驱动时，T1不给脉冲。

防止了T1,T2同时导通

2.全桥式（H型）斩波电路双极式斩波控制

单极式斩波控制

受限单极式斩波控制占空比（1）双极式斩波控制T1、T3和T2、T4成对作PWM控制

模式1：T1、T3同时驱动导通（T2和T4关断），电流id1自E+→T1→R→L→EM→T3→E-,L电流上升。

模式2：T1、T3关断，T2、T4驱动，因为电感电流不能立即为0，电流id2的通路是E－→D4→R→L→EM→D2→E+,L电流下降。因为电感经D2、D4续流，短接T2和T4不能导通。

AB间电压Ud占空比在Ton＝T时，α＝1；在Ton＝0时,α＝－1，占空比的调节范围为－1≤α≤1。在0<α≤1时，Ud>0,

电动机正转在－1≤α<0时，Ud<0,

电动机反转模式3：－1≤α<0,

Ud<0,即AB间电压反向T2、T4被驱动导通电流id3的流向：E+→T2→EM→L→R→T4→E-,L电流反向上升，电动机反转。模式4：在电动机反转状态，T2、T4关断

L电流经D1和D3续流，id4的流向：E→D3→EM→L→R→D2→E+,

L电流反向下降。正转α从1→－1逐步变化，电动机电流id从正变到负在变化过程中电流始终连续。即使在α＝0时，Ud＝0，电动机不是完全静止不动，是在正反电流作用下微振。

反转停止（2）单极式斩波控制

T1、T4工作在互反的PWM状态（调压）以T2、T3控制电动机的转向正转时：T3门极给正信号（恒通），T2门极给负信号（恒关断）反转时：T2恒通，T3恒关断，减小T2、T3开关损耗和直通可能。

正转T1导通时状态与双极式图4.11的模式1相同，

反转T4导通时的工作状态和模式3相同。

不同在T1或T4关断时，电感L的续流回路模式2和模式4。模式2－1

正转T1关断时，因为T3恒通，电感L经EM→T3→D4形成回路，电感能量消耗在电阻R上，ud=uAB=0。模式2－2在D4续流时，尽管T4被驱动，但是有导通的D4短接，T4不会导通。但是电感续流结束后（负载较小情况），D4截止，T4导通，电动机反电动势EM将通过T4和D3形成回路（图4.13b），电流反向，电动机处于能耗制动阶段，。模式2－1模式2－2模式2－3T4关断时，电感L将经D1→E→D3放电（图4.13c），电动机处于回馈制动状态，

ud=uAB=E。电动机反转时的情况与正转相似，模式4有类似的变化。

Ton，在正转时是T1的导通时间，在反转时是T4的导通时间，Ud：正转时为“＋”，反转时应为“－”。

（3）受限单极式斩波控制正转:T1受PWM控制,T3恒通；

T4、T2恒关断反转:

T4受PWM控制,

T2恒通。T1、T3恒关断

无论正转或反转，都只有一只开关管处于PWM方式（T1或T4），减小了开关损耗和桥臂直通可能。电流较小（轻载）时，没有反电动势EM经过T4的通路，因此id将断续，在断续区间ud=EM，平均电压Ud较电流连续时要抬高，即电动机轻载时转速提高，机械特性变软（图4.3）。全桥式（H型）斩波电路特点1.双极式控制，两两对称导通，有直通现象，开关损耗大2.单极式控制，T1,T4互补导通，T3正转时导通,T2反正转时导通，开关损耗减小。T1,T4可能直通3.受限单极式控制，无论正转或反转，都只有一只开关管处于PWM方式（T1或T4），减小了开关损耗和桥臂直通可能全桥式电路是正反转控制电路，对智能车不需要反转，但可以利用它进行反接制动，制动快，但制动时间长可能反转。建议采用受限单极式控制，损耗小，没有直通现象，工作可靠。四斩波电路的驱动控制

PWM的驱动信号采用锯齿波或三角波与脉宽控制信号Uct比较产生。单极性调制：载波（锯齿波）没有负值，是单极性的。双极性调制：锯齿波有正负值，控制信号Uct可以是正负直流。

集成模块，如SG1524/1527,TL494,MC34060,可编程UC1840等

五半桥式电路设计半桥式PWM主电路半桥式PWM主电路半桥式PWM主电路IRF4905电力场效应管

P-沟道2开关器件主要参数

VDSS-55V漏－源电压IDSS-25A漏－源电流IGSS

±100nA栅极电流IRF4905测试电路

IRF3205L电力场效应管

N-沟道主要参