全国大学生电子设计竞赛学习资料-电动小车的电机驱动及控制.doc
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2024-01-27
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电动小车的电机驱动及控制
一个电动小车整体的运行性能，首先取决于它的电池系统和电机驱动系统。电动小车的驱动系统一般由控制器、功率变换器
及电动机三个主要部分组成。电动小车的驱动不但要求电机驱动系统具有高转矩重量比、宽调速范围、高可靠性，而且电机
的转矩-转速特性受电源功
率的影响，这就要求驱动具有尽可能宽的高效率区。我们所使用的电机一般为直流电机，主要用到永磁直流电机、伺服电机
及步进电机三种。直流电机的控制很简单，性能出众，直流电源也容易实现。本文即主要介绍这种直流电机的驱动及控制。
1．H 型桥式驱动电路
直流电机驱动电路使用最广泛的就是 H 型全桥式电路，这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行，分别对应
正转、正转制动、反转、反转制动。它的基本原理图如图 1 所示。
全桥式驱动电路的 4 只开关管都工作在斩波状态，S1、S2 为一组，S3、S4 为另一组，两组的状态互补，一组导通则另
一组必须关断。当 S1、S2 导通时，S3、S4 关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当 S3、S4 导
通时，S1、S2 关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。
在小车动作的过程中，我们要不断地使电机在四个象限之间切换，即在正转和反转之间切换，也就是在 S1、S2 导通且
S3、S4 关断，到 S1、S2 关断且 S3、S4 导通，这两种状态之间转换。在这种情况下，理论上要求两组控制信号完全互补，
但是，由于实际的开关器件都存在
开通和关断时间，绝对的互补控制逻辑必然导致上下桥臂直通短路，比如在上桥臂关断的过程中，下桥臂导通了。这个过程
可用图 2 说明。因此，为了避免直通短路且保证各个开关管动作之间的协同性和同步性，两组控制信号在理论上要求互为
倒相的逻辑关系，而实际上却必
须相差一个足够的死区时间，这个矫正过程既可以通过硬件实现，即在上下桥臂的两组控制信号之间增加延时，也可以通过
软件实现（具体方法参看后文）。
驱动电流不仅可以通过主开关管流通，而且还可以通过续流二极管流通。当电机处于制动状态时，电机便工作在发电状
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