電動(dòng)小車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)及控制

一個(gè)電動(dòng)小車整體的運(yùn)行性能，首先取決于它的電池系統(tǒng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由控制器、功率變換器及電動(dòng)機(jī)三個(gè)主要部分組成。電動(dòng)小車的驅(qū)動(dòng)不但要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有高轉(zhuǎn)矩重量比、寬調(diào)速范圍、高可靠性，而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性受電源功 率的影響，這就要求驅(qū)動(dòng)具有盡可能寬的高效率區(qū)。我們所使用的電機(jī)一般為 直流電機(jī)，主要用到永磁直流電機(jī)、伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)三種。直流電機(jī)的控制很簡(jiǎn)單，性能出眾，直流電源也容易實(shí)現(xiàn)。本文即主要介紹這種直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制。

1．H 型橋式驅(qū)動(dòng)電路

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用最廣泛的就是H型全橋式電路，這種驅(qū)動(dòng)電路可以很方便實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的四象限運(yùn)行，分別對(duì)應(yīng)正轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)制動(dòng)。 它的基本原理圖如圖1所示。
全橋式驅(qū)動(dòng)電路的4只開關(guān)管都工作在斬波狀態(tài)，S1、S2為一組，S3、S4 為另一組，兩組的狀態(tài)互補(bǔ)，一組導(dǎo)通則另一組必須關(guān)斷。當(dāng)S1、S2導(dǎo)通時(shí)，S3、 S4關(guān)斷，電機(jī)兩端加正向電壓，可以實(shí) 現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)制動(dòng)；當(dāng)S3、S4導(dǎo) 通時(shí)，S1、S2關(guān)斷，電機(jī)兩端為反向電 壓，電機(jī)反轉(zhuǎn)或正轉(zhuǎn)制動(dòng)。

在小車動(dòng)作的過程中，我們要不斷地使電機(jī)在四個(gè)象限之間切換，即在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)之間切換，也就是在S1、S2導(dǎo) 通且S3、S4關(guān)斷，到S1、S2關(guān)斷且S3、 S4導(dǎo)通，這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。在這種情況下，理論上要求兩組控制信號(hào)完全 互補(bǔ)，但是，由于實(shí)際的開關(guān)器件都存在 開通和關(guān)斷時(shí)間，絕對(duì)的互補(bǔ)控制邏輯必然導(dǎo)致上下橋臂直通短路，比如在上 橋臂關(guān)斷的過程中，下橋臂導(dǎo)通了。這個(gè)過程可用圖2說明。

因此，為了避免直通 短路且保證各個(gè)開關(guān)管動(dòng)作之間的協(xié)同 性和同步性，兩組控制信號(hào)在理論上要 求互為倒相的邏輯關(guān)系，而實(shí)際上卻必須相差一個(gè)足夠的死區(qū)時(shí)間，這個(gè)矯正過程既可以通過硬件實(shí)現(xiàn)，即在上下橋 臂的兩組控制信號(hào)之間增加延時(shí)，也可 以通過軟件實(shí)現(xiàn)（具體方法參看后文）。
驅(qū)動(dòng)電流不僅可以通過主開關(guān)管流通，而且還可以通過續(xù)流二極管流通。當(dāng)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，電機(jī)便工作在發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流必須通過續(xù)流二極管流通，否則電機(jī)就會(huì)發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)燒毀。
開關(guān)管的選擇對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響很大，開關(guān)管的選擇宜遵循以下原則：
(1)由于驅(qū)動(dòng)電路是功率輸出，要求開關(guān)管輸出功率較大；
(2)開關(guān)管的開通 和關(guān)斷時(shí)間應(yīng)盡可能??；
(3)小車使用的電源電壓不高，因此開關(guān)管的飽和壓降應(yīng)該盡量低。
在實(shí)際制作中，我們選用大功率達(dá)林頓管TIP122或場(chǎng)效應(yīng)管IRF530，效果都還不錯(cuò)，為了使電路簡(jiǎn)化，建議使用集成有橋式電路的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，如L298、LMD18200，性能比較穩(wěn)定可靠。