PWM发生器设计
3.PWM信号发生器设计
第一期可编程逻辑设计培训研讨 2013年1月 湖北武汉
4
华中科技大学 国家电工电子实验教学示范中心
PWM信号发生器实验
• *编写TestBench并在ModelSim中仿真
`timescale 1ns/1ps module testbench; reg clk; reg [7:0] data; wire pwm; initial begin clk = 1'b1; data = 8'd0; pwm_t = 1'b0; #100000 data = 8'd32; #100000 data = 8'd64; #100000 data = 8'd128; #100000 data = 8'd160; #100000 data = 8'd192; #100000 data = 8'd224; #100000 data = 8'd255; #100000 $stop(); end always begin #20 clk = ~clk; end pwm pwm_inst(.clk(clk), .data(data), .pwm(pwm)); endmodule
• 编写并添加按键驱动和显示占空比的逻辑 • 下载至EDA-CPLD板上，并用示波器观察
第一期可编程逻辑设计培训研讨 2013年1月 湖北武汉 5 华中科技大学 国家电工电子实验教学示范中心
实验过程（自编）
• 直接在ModelSim ALTERA STARTER EDITION 6.5b 中进行编写、访真即可。 新建三个文件，
module pwm( input clk, input [7:0] data, output pwm ); reg [7:0] cnt; always@(posedge clk) begin cnt <= cnt + 1’b1; end always@(posedge clk) begin pwm <= (data > cnt); end endmodule
浅谈利用单片机设计PWM脉冲信号发生器
浅谈利用单片机设计PWM脉冲信号发生器摘要脉冲宽度调制（PWM）在电子技术领域中应用十分广泛，但是利用模拟电路实现脉宽调制功能十分复杂、不经济。
随着微处理器的发展，运用数字输出方式去控制实现PWM的功能就变得简单快捷，本文就如何利用89S52单片机软件编程设计出周期一定而占空比可调的脉冲波，也就是实现PWM功能进行设计，它可以代替模拟电路的PWM脉冲信号发生器。
关键词单片机 PWM 数字控制PWM是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的英文缩写，它是开关型稳压电源中按稳压的控制方式分类中的一种，而脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。
简单的说，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
理论上讲就是电压或电流源以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的，通的时候就是电源被加到负载上，断的时候就是供电被断开的时候，所以PWM信号仍然是数字的。
要想达到这样一种脉宽调制效果，模拟电压和电流时可以直接控制。
例如音响的音量控制，在简单的模拟电路中，它的控制是由连接了一个可变电阻的旋钮来实现的，其过程是拧动旋钮，电阻值变小或变大，流过该电阻的电流也随之增加来减小，从而改变驱动扬声器的电流值，那么声音也就相应变大或变小。
从这个例子来看，模拟控制是直观而简单的，但是并不是所有的模拟电路都是可行并且经济的，其中很重要的一点就是模拟电路容易随时间漂移，它的调节过程就很困难，为了解决问题就要增加很多的电路，使得电路变得复杂并且昂贵。
除此之外，模拟电路中许多的元器件会发热，也就相对提高了电路的功耗，并且对噪声也敏感，任何干扰或噪声都会改变电流值的大小。
综上所述，通过数字方式来控制模拟电路可以大幅度降低系统的成本和功耗，而单片机I/O口的数字输出可以很简单地发出一个脉冲波，在配以外部元器件就可以调节脉冲波的占空比，完成PWM的功能。
基于CPLD的PWM发生器设计
越 多 的重 视 。用 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ来 设 计Ｐ ＷＭ 发 生器 将 会 简 化 控 制 系统 的 硬 件 和 软 件 设 计 ，获 得 更 高 的 开 关 频 率 ，减 少 微处 理器 的计算 工作 量 。
Ｖ ＨＤＬ 有 与具 体硬 件 电路 无 关 和与设 计 平 台 具
实现 ，其原 理简单 。基于ＣＰ Ｄ Ｌ 的ＰＷＭ发 生器将 会简化控制 系统 的硬件和 软件设计 ，获得更 高的开 关频率 ，其应用这将大大简化直流 电机控制 系统的设计并且改善系统的控制性 能。 关键词 ：Ｈ ；Ｐ 桥 ＷＭ发生器 ；Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ；Ｖ Ｄ Ｈ Ｌ；Ｍａ ＋ Ｐｌ ｌ ｘ ｕ ｌ ｓ
发 效 率高 ，成 本低 ，可靠 性 好 。近 年 来 ，ＣＰ Ｄ在 Ｌ
电机 控 制 系统 中 的 应用 收到 了 系统 设 计 人 员越 来
Ｐ ＷＭ变 换 器 电 路 有 多种 形 式 ，可分 为 可 逆 和
不 可 逆两 大类 。其 中 可逆 Ｐ ＷＭ变 换 器 主 电路 有 多
种 形式 ，最 常用 的是 桥 式 （ Ｈ形 ） 电路 。桥 式变 换 器 在 许 多动 力 系统 中得 到 了 广泛 的 应 用 （ 直 流 如
｛｛Ｉ ／ Ｄ， １ ３ ｝ Ｄ Ｖ／ ｌ’ ４
图 １桥 式变 换 器 原理 图
础 上 ，本 文 采 用 了一 种 巧 妙 的 方 法 来 设 计 ，其 原 理简 单 ，程 序容 易实 现 。
Ｐ ＷＭ信 号 发 生器 一 般 是 通过 模 拟 电路 或者 是
收稿 日期：２ １－ ３ ４ ０ ０ ０ －２ 作者简介：耿伟松 （ ９ ０ １９ 一），男，江苏连云港人 ，本科在读 ，研究方 向为 电气工程 及 自动化 。 第 ３卷 ２ 第６ 期 ２ １— ［５】 ００ ６ １１
基于vhdlpwm信号发生器的设计说明书
Yi bin University EDA技术及应用课程设计报告题目基于VHDL的PWM信号发生器系别物理与电子工程学院专业电子信息科学与技术学生姓名学号班级2013 年 12月 21日摘要本次课程设计是基于VHDL的PWM信号发生器,PWM信号发生器应用所学的数字电路和模拟电路的知识进行设计。
在设计过程中，所有电路仿真均基于Quartus II 9.1仿真软件。
本课程设计介绍了PWM 信号发生器的设计方案及其基本原理，并着重介绍了PWM信号发生器各单元电路的设计思路，原理及仿真，整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。
设计共有三大组成部分：一是原理电路的设计，本部分详细讲解了电路的理论实现，是关键部分；二是性能测试，这部分用于测试设计是否符合任务要求。
三是是对本次课程设计的总结。
关键词： PWM信号发生器仿真设计目录第1章绪论1.1 EDA 和QuartusⅡ的简介及起源 (1)1.2 EDA的优势及发展趋势 (1)第2章系统设计思路 (3)第3章可自加载加法计数器的设计 (4)第4章信号发生器设计过程 (6)第5章软件仿真5.1 Quartus Ⅱ软件简介 (8)5.2 用Quartus Ⅱ的仿真步骤和图像 (9)5.3 逻辑综合结果 (12)第6章设计总结 (13)第7章参考文献 (15)附录设计程序 (16)第1章绪论1.1 EDA和QuartusⅡ的简介及起源EDA是英文“electronic design automation”(电子自动化设计)的缩写，EDA技术是20世纪90年代迅速发展起来的，是现代电子设计的最新技术潮流，是综合现代电子技术和计算机技术的最新研究成果，是电子线路设计与分析的一门技术。
EDA包括电子线路的设计、计算机模拟仿真和电路分析及印制电路板的自动化设计三个方面的内容。
随着可编程逻辑器件迅速发展，出现了功能强大的全新的EDA工具。
具有较强描述能力的硬件描述语言(VHDL、Verilog、HDL)及高性能综合工具的使用，使过去单功能电子产品开发转向系统级电子产品开发。
pwm发生器(凌翼)
综合性实验设计报告2013年6月课程名称： 单片机综合实验 实验名称： PWM 信号发生器设计 学生姓名： 蔡汉再班级： 通信10A 学号： 2010010101038 实验地点： A302实验室 实验学时： 48《单片机综合实验》设计报告评分表摘要本文设计了一种基于STC89C51单片机的PWM发生器，可通过I/O口输出波形，利用两个按键实现占空比调整，并能对占空比实时显示，经用示波器测试及观察LED亮灭情况可以证实，波形输出得到要求。
关键词：单片机；PWM；占空比I目录1 项目的主要任务 (1)2 总体设计方案 (2)3 硬件设计 (3)3.1STC89C51单片机简介 (3)3.2最小系统电路的设计 (4)3.3按键部分的电路设计 (5)3.4数码管显示电路的设计 (5)3.5扬声器、LED显示电路的设计 (6)4 软件设计 (7)4.1单片机软件设计的一般原则 (7)4.2PWM信号发生器软件设计及思路 (7)5 系统仿真与调试 (9)5.1实验调试 (9)5.2实验仿真 (9)6 设计总结 (11)参考文献 (12)附录A PWM信号发生器原理图 (13)附录B 元器件清单 (14)附录C 源程序清单 (15)II1 项目的主要任务脉宽调制（PWM）信号广泛应用于电机控制、开关电源设计等诸多场合。
PWM信号在自动控制系统中起到重要的作用，其控制作用受外界干扰小，使得系统工作准确可靠，研究PWM信号的产生和原理具有重要的意义。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛的控制方式，也是人们研究的热点。
由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
本课题的主要任务就是以STC89C51单片机为控制模块、两个按键为外围输入模块、2位的七段数码管、LED为显示模块，采用软件的编程方法，设计出一套基于单片机的PWM 信号发生器。
pwm信号发生器实验报告.doc
EDA学院：电气学院班级：电科1班学号：***********姓名：***实验三PWM信号发生器的设计1.实验目的(1)进一步熟悉掌握Quartus II。
(2)进一步熟悉和掌握GW48-CK或其他EDA实验开发系统的应用。
(3)学习和掌握VHDL进程语句和元件例化语句的使用。
2.实验内容设计并调试好PWM信号发生器电路PWM.VHD，并用GW48-CK或其他EDA实验开发系统进行硬件验证。
3.实验条件(1)开发软件：Quartus II。
(2)实验设备：GW48-CKEDA实验开发系统。
(3)拟用芯片：EP2C8Q208C8N。
4.实验设计1)系统原理框图为了简化设计并便于显示，本信号发生器电路PWM的设计分为两个层次，其底层电路可，再由包括两个完全相同的加载加法计数器LCNT8而成。
PWM 电路学 !»|\ System (27) Processing (9) fy Extra Info \ Info (9) \ Warnrg \ Critical V /arnng 入 Error 入 Stppresied 入 Flag /C |M essag© 0<rf 16~—土土J[T =2) VHDL 程序PWM 信号发生器的底层和顶层电路均采用VHDL 文本输 入，有关VHDL 程序如下。
加载加法计数器LCNT8的VHDL 源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD LOGIC 1164.ALL; ENTITY LCNT8 ISPORT(CLK,LD:IN STD_LOGIC; D:IN INTEGER RANGE 0 TO 255; CAO:OUT STD 一LOGIC); END ENTITY LCNT8;ARCHITECTURE ART OF LCNT8 ISSIGNAL COUNT:INTEGER RANGE 0 TO 255; BEGINIF CLKEVENT AND CLK= 1 THEN IF LD=1THEN COUNTED;Cyclon® II EP2C5Q20eC8 •淼 PWfl•说 ITFT8 VI以 LCFT8 U2cbIn:pr:Fil妝ZB OO hHl«o$ <fels-kc QE典K BpLCMT8.U2SPWLCMT8U1CCLRTypeInessageV. w w.wInCo: Coximand: quactus_slu --cead_3ettmgs_£iles=on --wcite_setting3_Ciie3=oC£ pum -c pwu Info: Using vector source rile ”C"Documents and Settirigs/Ovner/jftffi/maa/pwn/pim.vur. Into: Option to pcesecve fewer signal transitions co reduce mexxory requicenents is enabled Into: Simulation partitioned into 1 sub-3imulations Info: Simulation coverage is 77.33 %Info: Munbec of transitions m simulation is 50002Inco: Quactus II Smulacor was successful. 0 errors, 0 uatnmgs5ELSE COUNT<=COUNT+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(COUNT) ISBEGINIF COUNT=255 THEN CAO<=1;ELSE CAO<=0END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;PWM信号发生器的VHDL源程序：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD LOGIC 1164.ALL;ENTITY PWM ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;A，B:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);PWM:OUT STD_LOGIC);END ENTITY PWM;ARCHITECTURE ART OF PWM ISCOMPONENT LCNT8 ISPORT(CLK,LD:IN STD_LOGIC;D:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);CAO:OUT STD.LOGIC);END COMPONENT LCNT8;SIGNAL CAO 1 ,CAO2:STD_LOGIC;SIGNAL LD1，LD2:STD一LOGIC;SIGNAL SPWM:STD_LOGIC;BEGINU1:LCNT8 PORT MAP(CLK=〉CLK，LD=〉LD1，D=〉A,CAO=〉CAO1); U2:LCNT8 PORT MAP(CLK=〉CLK，LD=〉LD2，D=〉B，CAO=〉CAO2); PROCESS(CAO 1，CAO2)ISBEGINIF CAO 1=4'THEN SPWM<=,0,;ELSIF CAO2,EVENTAND CAO2=TTHEN SPWM<=,1,;END IF;END PROCESS;LD1<=NOTSPWM;LD2<=SPWM;PWM<=SPWM;END ARCHITECTURE ART;Type Message3）工程编译后:Info: Cox&xand: quactus^sim --read_secting3_Cile3=on --ucite_settlngs_Clles=oCC pun -c pum Info: Using vector source file M C:/Docu»encs andSetcings/Oroer/iftffi/nlua/pvuQ/pwu.vtrf M Into: Option to preserve Cewer signal transitions to reduce aeaoty tequiceaents is enabled Into: SiwUacion partitioned into 1 sub-simulationsInfo: Sluulacion coverage Is 77.33 kInfo: Munhec of transitions In simulation is 50002Info: Quactus II Sntulatoc va3 successful. 0 errotSy 0 warningso \ System (27)入 Processing (9)人 EWraInf 。
PWM信号发生器设计开题报告
开题报告毕业设计题目： PWM信号发生器设计浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级10电子1班姓名课题名称PWM信号发生器设计目录：一、选题意义二、国内外研究现状三、研究的基本内容与拟解决的主要问题四、总体研究思路(方法与技术路线)五、可行性分析六、预期研究成果七、研究工作计划参考文献成绩：答辩意见答辩组长签名：年月日系主任审核意见签名：年月日PWM信号发生器设计开题报告一、选题意义PWM是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。
PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点[1]。
PWM信号发生器是实验室常见的一种仪器，其控制方法也是包括模拟电路、数字电路和计算机控制等方法。
其中，计算机控制的数字信号发生器因为功能多、精度高成为现代信号发生器的主要控制方法。
本设计将采用单片机实现各种信号的频率、幅值的控制，硬件电路设计是以AT89C52单片机为核心控制器构成的，由信号发生电路，频率可调电路、幅值可调输出电路，键盘显示器电路、电源电路等模块组成[2]。
二、国内外研究现状信号发生器又称波形发生器，是一种常用的信号源，被广泛地应用于无线电通信、自动测量和自动控制等系统中。
传统的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。
频率的变动由机械驱动可变元件完成，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC 值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵[3]。
在今天，随着大规模集成电路和信号发生器技术的发展，许多新型信号发生器应运而生。
基于AT89C51的PWM信号发生器设计报告
基于AT89C51的PWM信号发生器设计摘要单片机集成度高，功能强，可靠性高，体积小，功耗低，使用方便，价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎无处不在，无所不为。
单片机的应用领域已经从面向工业控制，通讯，交通，智能仪表等迅速发展到家用消费产品，办公自动化，汽车电子，PC机外围以及网络通讯等广大领域。
单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，成为普林斯机构。
另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器，目前单片机以采用程序存储器截然分开的结构多。
本课题讨论的占空比与周期可调的信号发生器的核心是目前应用极为广泛的51系列单片机。
基于单片机的信号发生器的设计，该课题的设计目的是充分运用大学期间所学的专业知识，考察现在正在使用的信号发生器的基本功能，完成一个基本的实际系统的设计全过程。
关键是这个实际系统设计的过程，在整个过程中我可以充分发挥自动化的专业知识。
特别是这个信号发生器的设计中涉及到一个典型的控制过程。
通过单片机控制一个有特殊功能的信号发生芯片，可以产生一系列有规律的周期和占空比可调的波形。
这样一个信号发生器装置在控制领域有相当广泛的应用范围。
因为产生一系列的可调波形可以作为其他一些设备的数值输入，还可以应用与设备检测，仪器调试等场合。
高频稳定的波形信号也可以用于无线电波的调频，解调。
这些都是现代生活中必不可少的一些应用。
关键词：PWM 信号发生器目录1.简介............................................................... - 3 -1.1 proteus ...................................................... - 3 -1.2 Keil ......................................................... - 4 -1.3 PWM .......................................................... - 5 -1.4 AT89C51 ..................................................... - 6 -2.设计原理和方法..................................................... - 9 -2.1单片机的基本组成.............................................. - 9 -2.2方案的设计与选择.............................................. - 9 -2.3定时器、的工作原理........................................... - 10 -2.3.1工作方式寄存器TMOD..................................... - 11 -2.3.2定时/计数器控制寄存器TCON.............................. - 12 -2.4定时/计数器的工作方式........................................ - 12 -2.5设计方法..................................................... - 13 -3.系统硬件电路设计图................................................ - 14 -4.程序框图.......................................................... - 16 -4.1主程序框图：................................................. - 16 -4.2系统初始化：................................................. - 16 -4.3定时器中断程序框图：......................................... - 16 -4.4键盘扫描程序框图：........................................... - 17 -5.性能分析.......................................................... - 18 -5.1定时器中断分析............................................... - 18 -5.2系统性能分析................................................. - 18 -6.源程序............................................................ - 18 -7. 仿真效果图....................................................... - 22 - 总结.............................................................. - 24 - 致谢.............................................................. - 25 - 参考文献............................................................ - 25 -1.简介1.1 proteusProteus ISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
姓名： 专业： 控制工程 指导老师：
2012.11.03
主要内容
一、项目简介 二、项目原理 三、实践环境 四、项目方案 五、项目实施过程 六、结论
一、项目简介
什么是PWM?
脉冲宽度调制(PWM)，
简称脉宽调制，是利用微 处理器的数字输出来对模 拟电路进行控制的一种非 常有效的技术，广泛应用 在从测量、通信到功率控 制与变换的许多领域中。
（2）、常规PID控制算法的缺陷
PID控制由于其简单、稳定性能好、可靠性高等 优点，具有强大的生命力。然而在实际的工业过程控 制中，经常会碰到大滞后、时变、非线性的复杂系统。
（3）、神经网络模糊PID控制
神经网络是从生理结构上模仿 人脑神经元的功能，可作为一般的 函数估计器，能映射输入输出关系； 神经网络具有自学习能力和大规模 并行处理能力，在认知处理上比较 擅长。 而模糊逻辑则是模仿人脑的的 逻辑思维机理，用于处理模型未知 或不精确的控制问题；模糊控制系 统能充分利用学科领域的知识，能 以较少的规则数来表达知识，在技 + 能处理上比较擅长。 r 因此，神经网络和模糊逻辑各有 特长，存在着互补性。将两者有机 的结合，融合各自的优点，将可得 到性能更好的控制器。
五、研究方案
1．系统整体框图
电源
（1）把手控制电动自行车 的行驶速度。 （2）给出刹车信号后自行 车减速。 （3）其他信号（包括速度 档位的选择等） （4）反馈信号
转把信号
刹车信号
计算机 核心 控制系统
驱 动 电 路
电机
其他信号 反馈信号
2、核心控制器的选择
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
目前，市场上有很多无刷电机专用控制芯片，大 部分电动车生产厂商采用Motorola公司的MC33035无 刷电机专用控制芯片，它具有无刷直流电机控制系统 所需要的基本功能。但这类控制系统灵活性差，保护 措施有限，升级空间小。由于整个系统存在模拟量和 数字量的转换部分，因此选用的单片机应该有A／D转 换模块。在无刷直流电机控制中，脉宽调制PWM技术 广泛应用，因此所选单片机应具有PWM模块。
直流无刷电动机的电子开关线路 是用来控制电动机定子上各相绕组 通电的逻辑顺序和先后时间，主要 由功率电子器件的逻辑开关单元和 位置传感器信号处理单元两个部分 组成。
图2 直流无刷电机组成原理图
图3 无刷直流电机工作原理和控制方案
三相星形结构的无刷电机采用两相导通六状态控制方式，在 运行时只有两相绕组导通，第三相绕组处于悬空状态。三相 逆变电路高压侧与低压侧都只有1个功率开关器件导通，也 就是其中一相的2个功率开关器件始终处于关断状态。
2、主要硬件电路
（1）驱动电路
本课题采用三相桥式逆变驱动电路，驱动直流无 刷电机就是合理驱动各桥臂功率管的开断，使其按次 序导通，从而使电机运转。 （2）温度控制模块 温度控制是电机控制器的一个最主要的环节之一。 由于电机控制器要求防水防湿，所以控制器必须密封， 而大功率电机通过的电流很高。功率管散热必须良好， 否则会引起爆裂，温度控制就是防止电机在特殊环境 下发热量过大，对控制器造成损害。
（3）电流采样和峰值保护电路
对于我们研究的直流无刷电机，在启动过程中、电机突然
堵转或者过载的情况下，控制器的电流会在很短的时间内 很快的增大，如果不采取相应的措施，巨大的电流会很快 的把功率管烧毁。在这种情况下，必须立即减小 PWM 输 出脉宽，以保护元器件和避免意外情况的发生。因此，当 回路中出现大的电流冲击时，希望控制器能迅速作出响应。 所以准确快速的电流检测是实现直流无刷电机闭环控制的 一个重要环节。
20 世纪 70 年代以后，电力电子技术蓬勃发展，使得无刷直流电机的
驱动控制电路的可靠性和稳定性得到极大提高，此时使用的电力电子 器件主要是晶闸管。
80年代中期以后，第二代电力电子器件 GTR(Giant Transistor)、GTO(Gate Turn Off thyristor)等相继出现并应用于逆变器，大大提高了其性能。 90 年代，功率MOSFET、IGBT等电压全控器件为代表的发展阶段，可直接用 集成电路进行驱动，高频特性更好，在此阶段器件制造技术进入了和微电子 技术相结合的初级阶段。 90 年代末至今，电力电子器件的发展进入了第四代，已经实用化的主要有： 高压 IGBT器件、IGCT(Insulated Gate Controlled Transistor)、IEGT （Injection Enhanced Gate Transistor）和 SGCT（Symmetrical Gate Commutated Thyristor）。第四代电力电子器件模块化更为成熟，为逆变 器实现智能化、高频化、小型化等创造了条件。
3．控制算法
（1）、PID控制算法
式中：e(t) = r(t)-y(t)，Kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微 分时间常数。PID 控制器各个参数对系统性能有不同的影响。 （1）比例作用对系统性能的影响 就是对偏差进行控制，偏差一旦产生，控制器立即就发生作用即调节控制 输出，使被控量朝着减小偏差的方向变化。
PSoC（Programmable Systemon Chip）是美 国赛普拉斯微系统有限公司推出的新一代功能强 大的8 位可配置的嵌入式单片机。PSoC与传统单 片机的根本区别在于其内部集成了数字模块和模 拟模块，用户可以根据不同设计要求调用不同的 数字和模拟模块，完成芯片内部的功能设计。
PSoC 的另一个重要特性就是具有动态重新配 置能力，调用已构建的模块，可以组合成需要的 模拟的或数字的外围设备，即使是在系统运行时， 也可以对其硬件进行升级。
4、软件方案
利用常规PID算法和神经网络模糊PID算法对电流 和速度进行双闭环控制。对这两种算法进行仿真对比， 再应用到实际的电机控制器中。对比两种算法的优缺 点，最终得出一种适用于大功率无刷直流电机控制的 算法。
六、拟解决的关键问题与创新点
本课题拟解决的关键问 题有： 1、对PID控制算法以及
(2) 积分作用对控制性能的影响
实质上就是对偏差累积进行控制，直至偏差为零。积分控制作用始终施加 指向给定值的作用力，有利于消除静差，其效果不仅与偏差大小有关，而 且还与偏差持续的时间有关。 （3）微分作用对控制性能的影响 它能敏感出误差的变化趋势,可在误差信号出现之前就起到修正误差的作用, 有利于提高输出响应的快速性,减小被控量的超调和增加系统的稳定性。
模糊化
学习算法
NN kp ki kd
U Y
e -
PID控制器
被控对象
（4）、蚁群神经网络算法
电动车用直流电机控制器系统在电动车起 动过程中具有非线性、快时变的特点，常规的 比例−积分−微分控制方法很难满足系统非线性、 参数摄动的要求，即使采用了前向神经网络算 法进行整定，也由于结构复杂，训练速度慢等 原因而很难满足实时控制的要求。于是提出了 采用蚁群神经网络整定控制策略，用蚁群算法 学习多层前馈神经网络的权系，建立了基于该 算法的神经网络训练模型，因而兼有了神经网 络的广泛映射能力和蚁群算法的快速全局收敛 以及启发式学习等特点，该控制策略可以补偿 系统参数摄动、非线性和外界扰动对系统控制 性能的影响，达到电动车平稳快速起动的目的。
各种改进型PID算法进行对 比研究，得到一种最优的 控制大功率电机平稳运转 的算法。
2、 引入温度控制模块，
使大功率电机的温度控制 在一定范围内，防止电机 在特殊情况下发热量过大， 对控制器造成损害。
创新点：
本课题提出了采用蚁群神经网络整定控制策略，该控制策
略可以补偿系统参数摄动、非线性和外界扰动对系统控制 性能的影响，达到电动车平稳快速起动的目的。
温度控制部分是将热敏电阻紧贴在控制器底座的 散热片上，从而可以更好且迅速的感应到控制器内部 的温度变化，然后通过放大器进行控制。使电机工作 始终保持在一定温度范围内。
（3）电流采样电路设计方案
本课题的方案是在主回路中串接小电阻，经过测 量小电阻两端压降的方法检测电流值。由于电阻串接 在回路中，将产生额外的功耗，因此电阻必须很小， 且过电流能力要强，不能影响驱动电流的流动。所以 在电阻两端产生的压降很小。这样看来，相对单片机 采集的其他信号来说是一个非常微弱的信号，所以需 要对小信号进行放大，通过外部运放放大后的电压信 号送入单片机内部，与单片机内部的比较器进行比较， 来执行相应的调整。
1、无刷直流电机的结构、工
作原理
本课题采用有位置传感 器的无刷直流电机作为样机， 在电机的内部安装有霍尔位 置传感器，用来检测转子在 运行过程中的位置变换，转 子位置传感器与电子换向线 路替代了有刷直流电动机的 机械换向装置。
图1 无刷直流电机结构图
当无刷直流电机的定子绕组的 某一相通以电流时，该电流与转子 永久磁钢的磁极所产生的磁场相互 作用而产生转矩，驱动转子旋转， 再由位置传感器将转子磁钢位置信 息变换成电信号，去控制功率驱动 电路，从而使各相定子绕组按照一 定的次序导通。驱动电路中的功率 开关器件的导通次序是与转子转角 同步的，从而起到了机械换向器的 换向作用。
三、预期目标
1、大功率控制器下各个功能的完善和实现，主要 包括：自动巡航、刹车断电、电子制动、电子防盗、 三档位选择、过流保护、峰值保护、限流保护。 2、对PID控制算法以及改进型的智能PID算法进 行对比研究，得到一种适用于大功率电机控制的算 法。 3、在国内外期刊上发表一篇研究论文。
四、研究的主要内容
E211实验室
3．硬件部分
（1）驱动部分
功率半导体器件经过了40多年的发展，在器件制造技术上不断提高， 现在的功率半导体器件大致有三类。 二极管:开关状态由主电路（功率电路）自身控制，因此又称为被动 开关、不可控开关。
可控硅：又称为Thyristor(半导体闸流管)，能够被低功率的控制信号 打开，但只能由主电路（功率电路）自身来关断而不能被控制信号关断， 因此又被称为半可控开关。