第二章 带霍尔的无刷直流电机控制原理
 直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说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范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
 无刷直流电机的内部结构如下：
 
                              图1—1
 从图中可以看出，无刷直流电机的内部主要由定子、转子、位置传感器、转轴几部分组成，其中电枢绕组安装在定子上。要使得无刷电机正确运行起来，关键是要确定磁极与绕组之间的相对位置关系。一般采用位置传感器来完成,由位置传感器将转子磁极的位置信号转换成电信号,然后去驱动功率器件,控制相应绕组电流的通、断。与有刷直流电动机不同,无刷直流电动机的永久磁钢磁极安放在转子上,而电枢绕组安装在定子上。位置传感器也有相应的两部分,转动部分和电动机本体中转子同轴连接(转动部分通常由电机转子代替) ,固定部分与定子相连。如图1—2所示,在电动机装配过程中,首先调整好位置传感器的三个信号元件(a 、b、c) 与电机定子三相绕组(AX ,BY,CZ) 之间的相对位置,使得转子磁场转到定子某相绕组下时,该相绕组才导通,以保证转子磁极下的绕组导体电流方向始终保持一致。图1 中,当电动机转子N 极位于A(a) 处,则传感器a 元件感应出信号,使功率晶体管V1 导通,A 相绕组中便有电流通过,设其方向为A(流入) 、X(流出) ,便产生水平向左的定子磁场,与向上的转子磁场相互作用而产生电磁转矩,驱动转子逆时针旋转;当N 极旋转至B(b) 处,b 元件输出信号使晶体管V2 导通而其余关断,B 相绕组通过电流,同样产生逆时针方向的电磁转矩,当磁极旋转至C(c) 处,其动作过程与前两处相同。如此反复循环,电动机即可旋转起来。由于传感器元件安装位置为空间互差120°电角度,因此三相绕组轮流通电时间也应为每相120°。因为功率晶体管的导通和截止是通过位置传感器传感信号来控制的,所以传感器的位置和三相绕组位置之间必须有严格的对应,在电机安装时应加以注意。
 
 图1-2
 无刷电机中定子绕组的连接方式有三相星型连接和三角形连接两种。驱动方式可以是全桥驱动，也可以是半桥驱动。这里以典型的全桥驱动，三相星型连接方式来阐述无刷电机的控制方法。
 按照位置传感器安装的电角度划分又可分为60度和120度的。
 120度驱动的基本框图如下：
 
 全桥驱动中即可以采用二二导通方式也可以采用三三导通方式，本课题中，我们采用全桥驱动下二二导通，三相六状态PWM调制方式。过程图如下所示：
 
 
 功率MOS管的导通顺序可举例如下：
 AH、BL一组→AH、CL一组→BH、CL一组→BH、AL一组→CH、AL一组→CH、BL一组
 但绝不能开成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因为电子零件总有开关的响应时间，所以功率晶体管在关与开的交错时间要将零件的响应时间考虑进去，否则当上臂(或下臂)尚未完全关闭，下臂(或上臂)就已开启，结果就造成上、下臂短路而使功率MOS管烧毁。
 当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度来决定由下一组(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)开关导通，以及导通时间长短。此部份工作就由PWM来完成。
 电机定子绕组轴向示意图如图2所示：
 
 
 
 
 第三章 控制器的硬件电路设计
 第三章 控制器的硬件方案设计
3.1 总体实现方案
 电动自行车控制器的主要控制功能有: 电机调速控制、刹车控制、蓄电池欠压保护、电机过载保护、电机过热保护及控制器过流保护等。以下给出以MC68HC90JL3为核心的控制框图。
 
 
3.2 MC68HC908JL3单片机简介
  基 于 用 户 定 义 的 集 成 电 路(CSIC) 的 设 计 思 想，Motorola 68HC08 家  族 使 用 增 强 型08CPU， 并 配 以 各 种I/O 模 块 和 不 同 大 小 及 类 型 的 存  储 器， 组 成 不 同 的 单 片 机 系 列。 MC68HC(9)08JL3 是 其 中 优 化 了 的、  低 价 位 的 产 品， 其 中 带 有 括 号 中 的9 是Flash（ 快 闪） 式， 无9 是 掩 

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