電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要電動(dòng)輪椅是一種以蓄電池為能源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪椅車。具有省力、操作簡便、車速平穩(wěn)、無污染和低噪音的特點(diǎn)。適于下肢殘疾、者使用，是一種比較理想的移動(dòng)或代步工具。截癱或偏癱以及年老體弱目前，國外對(duì)電動(dòng)輪椅的研究已相對(duì)比較成熟。他們已開發(fā)出各種各樣的適合不同用戶群體的電動(dòng)輪椅，并逐漸向智能化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在高性能電動(dòng)輪椅生產(chǎn)廠家多集中在美國、德國、澳大利亞和西班牙，中國也有電動(dòng)輪椅生產(chǎn)廠家。然而，國內(nèi)對(duì)電動(dòng)輪椅的研究技術(shù)依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外，絕大多數(shù)輪椅廠家產(chǎn)電機(jī)和座椅而不生產(chǎn)器，基本上都依賴于進(jìn)口。因此，研究高性能低成本的電動(dòng)輪椅驅(qū)動(dòng)器，替代進(jìn)口填補(bǔ)國內(nèi)技術(shù)空白具有重要意義。作者廣泛查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)，

2、總結(jié)了電動(dòng)輪椅研究技術(shù)，綜述了電動(dòng)輪椅國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。開發(fā)出了基于 TMS320LF2406A DSP 數(shù)字信號(hào)處理器的全數(shù)字電動(dòng)輪椅器，分析了輪椅的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋加負(fù)載不平衡補(bǔ)償?shù)碾p電機(jī)協(xié)調(diào)方案；給出元電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇方法；分析了桿工作原理給出了輪椅速度和運(yùn)動(dòng)方向信息計(jì)算公式，和提高運(yùn)行舒適度的 S 曲線生成策略。文中還提出了基于電壓信號(hào)檢測的功率管及主電路故障檢測、方法。分析設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)性能良好，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。：電動(dòng)輪椅S 曲線器雙電機(jī)協(xié)調(diào)故障檢測IAbstractElectric powered wheelchair (EPW) is a

3、wheeled vehicle which takes storage battery as power and motor as driving with characteristics of labor saving, easy operation, stable speed, free-pollution and low noise. It very benefits for the people with lower or upper extremely impairment, the old or the valetudinarians. To these people, EPW i

4、s theirprimary and ideal means of mobility.Currently, some overseas countries they are very experienced in researching EPWs. They have developed various kinds of EPWs for sorts of special user group. EPW is becoming more intelligent and tending to be humanization gradually. Now most of thehigh perfo

5、rmance EPW plants they are located in developed countries, such as America,Australia, Germany, Spain and aof China. In addition, domesticresearch on EPWs techniques falls behind the one of overseas a lot. Mainly most of the national EPWs plants produce DC motor and wheelchair seat only, while contro

6、ller is imported. Accordingly, it is very significant to develop high performance, low cost and all-digital EPWs controller, while it also fills up the technique blanks of domestic EPWs research technology.The author investigated plenty of literatures on the topic, summarized current EPWs research t

7、echnology and present research status of EPWs. An all-digital EPW controller based on TMS320LF2406A digital signal processor (DSP) is developed in the thesis. Technique specification of EPW is analyzed in details. A two-motor coordinated control scheme which takes motor voltage as negative feedback

8、with motor current compensation and unbalanced load compensation is designed in the thesis. Firmware architecture, cell circuits and parameter preferences methodology are represented. After analyzing the principle of Joystick operation, formulas of the EPWs speed and direction given valuecomposition

9、 are proposed. A strategy of generating S curve is designed for improving userIIameand safeness. A new means of MOSFET fauetection and location based onvoltage signal measuring is also described in the thesis.The EPW kinetic control system proposed in the thesis is proved to have goodperformance aft

10、er long time pre-operation. Consequently, anticipated designing goalachieved.isKeywords：EPW controller, Two-motor coordinated control, S curve, FauetectionIII獨(dú)創(chuàng)性本人所呈交的是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除文中已經(jīng)標(biāo)明的內(nèi)容外，本不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)或撰寫過的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全，本的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日書本保留并向作

11、者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用的規(guī)定，即：學(xué)校有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交技大學(xué)可以將本的復(fù)印件和，被查閱和借閱。本人華的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等保存和匯編本。 ，在年。后適用本書。本屬于不（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”）作者簽名：日期：年月日指導(dǎo)教師簽名：日期：年月日1概述1.1 課題來源與研究背景本課題來源于企業(yè)合作開發(fā)項(xiàng)目。電動(dòng)輪椅是一種以蓄電池為能源、電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪椅車。具有省力、操作簡便、車速平穩(wěn)、無污染、低噪音的特點(diǎn)。適于下肢殘疾、者使用，是一種比較理想的移動(dòng)或代步工具。截癱或偏癱以及年老體弱其業(yè)電動(dòng)輪椅的發(fā)展歷史可以追溯到二十世紀(jì)五十年代1。特別是帶有兩臺(tái)內(nèi)置電

12、機(jī)和由桿的電動(dòng)輪椅已成為商業(yè)電動(dòng)輪椅的模板。二十世紀(jì)性能得到很大提高七十年代中期單片機(jī)的出現(xiàn)使得電動(dòng)輪椅器的安全性和26。為了給電動(dòng)輪椅的生產(chǎn)和研究提供運(yùn)行性能和安全性能參考標(biāo)準(zhǔn)，美國標(biāo)準(zhǔn)制定委員會(huì)康復(fù)工程部和傾翻角測試、制動(dòng)距離測試、能技術(shù)共同制定了基于電池測試、穩(wěn)態(tài)測試、能力測試和其它的一些體現(xiàn)輪椅以用來在不同的電動(dòng)輪椅間做比性能特征的電動(dòng)輪椅標(biāo)準(zhǔn)1710。這些測試較，并幫助用戶決定什么樣的輪椅最能適合他們的需求。從學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，電動(dòng)輪椅可以用如圖1-1所示的框圖來表示。其中算法模塊接收人機(jī)接口送來的指令信號(hào)，并通過內(nèi)置傳感器來檢測相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)，從而產(chǎn)生執(zhí)行電機(jī)的和故障檢測與保護(hù)功能11

13、。信息速度跟蹤是電動(dòng)輪椅系統(tǒng)的一個(gè)最基本的功能，它的目標(biāo)是用戶根據(jù)的舒適性需求，通過一個(gè)輸入設(shè)備發(fā)出的指令來調(diào)節(jié)輪椅的速度。有些電動(dòng)輪椅還具備自動(dòng)排除故障功能111215，這會(huì)使得輪椅用戶的生活的能力得到很大提高。最近一組200個(gè)關(guān)于電動(dòng)輪椅駕駛的臨床表明1：很多輪椅用戶在操作輪椅時(shí)都存在有不同程度的。這組臨床結(jié)果還顯示：半的人無法用傳統(tǒng)的操作方法來駕駛輪椅，而使用自動(dòng)駕駛系統(tǒng)則會(huì)使這些人免除憂患。多方面因素都決定了關(guān)于電動(dòng)輪椅技術(shù)和算法方面的研究對(duì)輪椅用戶來說有著非常重要的意義。盡管現(xiàn)在市面上有前輪、中輪和后輪分別驅(qū)動(dòng)的不同類型的輪椅，然而實(shí)際上它們都采用的是相同的軟件，這顯然就漠視了不同驅(qū)

14、動(dòng)輪配置的輪椅在系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性上存在著巨大差異的事實(shí)。大多數(shù)的輪椅器都具有個(gè)別參數(shù)可調(diào)整功能1619，比如：最大速度、剎車限制、度限制等。這樣的用戶化定制和調(diào)節(jié)功1能對(duì)于那些非常熟練的用戶或在干燥、比較平整和在沒有的路面上駕駛的一般熟練用戶來說可能足夠了，但是對(duì)于大多數(shù)在戶外駕駛輪椅的用戶而言依然存在一定的，特別是在天氣比較惡劣，路面不平或者上下坡的場合有更大的難度。在家里駕駛輪椅，對(duì)于身體嚴(yán)重殘疾或具有精神的人而言依然是個(gè)。所以，研究性能更完善的電動(dòng)輪椅器具有重要意義。數(shù)據(jù)總線輪椅的動(dòng)力學(xué)電機(jī)驅(qū)動(dòng)檢測圖1-1電動(dòng)輪椅整體結(jié)構(gòu)示意圖1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀盡管近年來，電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展和整

15、合，但令人驚奇的是：關(guān)于電動(dòng)輪椅方面的研究卻非常少。表1-1列出了電動(dòng)輪椅的分類和技術(shù)簡介2028。2用戶和電動(dòng)輪椅的人機(jī)接口算法（速度跟蹤和故障排除)傳感器（編碼器/ 轉(zhuǎn)速計(jì)/ 紅外檢測器/ 超聲波傳感器表1-1電動(dòng)輪椅分類及技術(shù)簡介3電動(dòng)輪椅分類簡介按驅(qū)動(dòng)類型分雙輪驅(qū)動(dòng)中輪驅(qū)動(dòng)在較小空間內(nèi)使用具有良好的靈活性，但在地形不平坦的情況下前輪或后輪容易被卡而導(dǎo)致輪椅停滯不前。前輪驅(qū)動(dòng)輪椅總體上具有非常好的穩(wěn)定性，甚至是在地勢不平坦或者上下坡的時(shí)候。缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)的方向性比較差，整體運(yùn)行速度比較低。后輪驅(qū)動(dòng)輪椅整體速度較快，穩(wěn)定性好，但是回轉(zhuǎn)半徑比較大。四輪驅(qū)動(dòng)能在各種不利地形的路面上行駛，甚至是在沙

16、地上或者雪地里。但這類輪椅非常笨重，價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，不適合室內(nèi)使用。按制動(dòng)類型分主動(dòng)電動(dòng)輪椅很少采用這種技術(shù)，但可以從電動(dòng)汽車行業(yè)里面轉(zhuǎn)過來，通過不同的地形動(dòng)通過彈簧或避震器來減小輪椅的振動(dòng)按穩(wěn)定性類型分主動(dòng)通過調(diào)節(jié)座椅的位置或者調(diào)節(jié)輪椅的安裝觸點(diǎn)以及速度來主動(dòng)地的重心。上下坡的時(shí)候，用戶可以移動(dòng)身體或電動(dòng)地調(diào)節(jié)座椅的位置來達(dá)到調(diào)節(jié)重心的目的。按爬樓梯類型分基于跟蹤式的可以在一定程度上爬樓梯，甚至可以爬不規(guī)則的樓梯。但是這種輪椅通常都比較重，容易毀壞樓梯?；谳喪降目梢耘来蟛糠謽翘?，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)較緊湊， 但會(huì)讓用戶感覺很不舒服?；谥匦暮洼喺{(diào)整式的整體性能優(yōu)良，基本上不需要或需要些微幫

17、助，但爬樓梯時(shí)需要樓梯扶手或助手，通常都須反向爬樓梯。目前，世界上比較著名的輪椅公司大都在美國、德國、西班牙、澳大利亞，中省的技術(shù)也相對(duì)較成熟。而我國大陸對(duì)電動(dòng)輪椅的研究尚且處于起步階段。國盡管也有很多輪椅制造公司，但是他們大多數(shù)都只是生產(chǎn)輪椅和電機(jī)，而采用進(jìn)口的器。另外，電動(dòng)輪椅越來越向多功能、人性化發(fā)展，品種和產(chǎn)量不斷增加。近年來我國也有批量生產(chǎn)，也引進(jìn)一些國外，但由于價(jià)格較貴、充電不便、蓄電池的有限等，目前國內(nèi)尚不能普及。因此，本文對(duì)高性能、低成本電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的研究在彌補(bǔ)國內(nèi)科技空缺上和推動(dòng)國際電動(dòng)輪椅算法的研究上都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.3 研究的目的和意義本課題致力于開發(fā)基于TM

18、S320LF2406A DSP 的全數(shù)字電動(dòng)輪椅現(xiàn)高性能和低成本的電動(dòng)輪椅，彌補(bǔ)國內(nèi)技術(shù)空白。器，以實(shí)隨著的發(fā)展，我國已經(jīng)步入化，現(xiàn)有老年人近四億人。而殘疾人也超過8千萬人，在老年人當(dāng)中，腦中風(fēng)患者每年多達(dá)200多萬人，650萬老年癡呆癥患者，4000萬癥，近4000萬人。另外，每年患者，其中新增因、工傷和其他意外下肢傷殘者約50萬人。這是一個(gè)龐大特殊的群體，他們是的弱者，需要的關(guān)愛，尤其需要一種適合他們心理和生理特征的交通工具。高性能電動(dòng)輪椅生產(chǎn)廠家多集中在美國、德國、澳大利亞和西班牙，中國臺(tái)灣也有電動(dòng)輪椅廠家。但是進(jìn)口電動(dòng)輪椅價(jià)格卻都不菲。如果分成三個(gè)檔次的話，23萬元，而高檔的則達(dá)到12

19、萬元那么最低檔次的價(jià)格在。另外由于充電不便、蓄電池的有限等，目前電動(dòng)輪椅在國內(nèi)尚不能普及。因此，隨著中國的發(fā)展與世貿(mào)的加入，和中齡化的到來，電動(dòng)輪椅將會(huì)有很大的市場潛力。本文的研究成果也具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.4 全文主要內(nèi)容與安排本文研究了輪椅運(yùn)動(dòng)以下幾個(gè)部分：1）綜述了電動(dòng)輪椅系統(tǒng)的原理，軟硬件設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)。主要分為器的研究現(xiàn)狀和意義，在此基礎(chǔ)上對(duì)輪椅器的構(gòu)成和以直流電作為執(zhí)行電機(jī)的方案進(jìn)行了闡述，建立了它勵(lì)直流電的動(dòng)靜態(tài)數(shù)學(xué)模型；對(duì)桿輸出信號(hào)的處理做了詳細(xì)闡述，給出了輪椅左/右電機(jī)速4度給定公式。提出采用帶電流截止、電流補(bǔ)償加電壓負(fù)反饋和負(fù)載不平衡補(bǔ)償?shù)闹绷麟姍C(jī)方案，系統(tǒng)分析了電壓

20、環(huán)以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)。2）介紹了基于 TMS320LF2406A DSP 數(shù)字信號(hào)處理器的硬件方案，詳細(xì)分析了輪椅運(yùn)動(dòng)數(shù)選擇依據(jù)。系統(tǒng)的硬件工作原理和實(shí)現(xiàn)方法，給出了所有的硬件電路原理圖和參3）介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案，給出了軟件方案框圖、中斷結(jié)構(gòu)、軟件功能模塊介紹和軟件子程序流程圖。在軟件編寫中，考慮了程序模塊化和參數(shù)可修改以及運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。4）提出了基于電壓信號(hào)檢測的功率管故障、電機(jī)未連接故障和電剎車閘未連接故障檢測、方法，提高了系統(tǒng)的可靠性。5）最后介紹了整椅試運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果。52電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 電動(dòng)輪椅的技術(shù)要求電動(dòng)輪椅作為老年人和殘疾人的代步工具，有著嚴(yán)格的技術(shù)要

21、求。輪椅優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)性能和嚴(yán)格的安全性保障是首要的技術(shù)要求。下面從輪椅的驅(qū)動(dòng)性能、故障檢測及保護(hù)和人機(jī)接口三個(gè)方面來闡述電動(dòng)輪椅的技術(shù)要求。1）輪椅的基本驅(qū)動(dòng)功能。輪椅的模擬給定是由桿發(fā)出的，由速度檔位設(shè)置按鍵來設(shè)定輪椅最高和最低運(yùn)行速度。輪椅在起/制動(dòng)時(shí)必須要平滑穩(wěn)定和安全，給用戶以特別舒適的感覺。電動(dòng)輪椅對(duì)電機(jī)的起/制動(dòng)快速性沒特殊要求，但對(duì)機(jī)械特性有相對(duì)較高的要求。輪椅必須能夠至少爬行 5°的坡，能夠在草地等比較糟糕的路況下運(yùn)行，能夠在左/右驅(qū)動(dòng)輪處于不同路面時(shí)正常運(yùn)行。2） 故障檢測及保護(hù)器應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行故障診斷、和，并對(duì)一些常見故障進(jìn)行顯示，當(dāng)輪椅正在運(yùn)行時(shí)如果檢測出故障，系統(tǒng)

22、應(yīng)該能夠使得輪椅安全地停下來并鎖定；當(dāng)輪椅靜止時(shí)如果被檢測出故障，系統(tǒng)應(yīng)能夠立即鎖定輪椅。具體故障檢測項(xiàng)目如下：（1）桿故障（2） 電池故障（3） 電機(jī)故障（包括左/右電機(jī)）（4） 剎車故障（包括左/右車閘）（5） MOS 管故障（6） 通信故障3）人機(jī)接口（1）液晶顯示功能。輪椅器的液晶顯示器所顯示的信息是提供給用戶的基本信息源，它必須能夠顯示輪椅的各種可能運(yùn)行狀態(tài)，主要包括：電源開關(guān)顯示、電池電量顯示、速度檔位顯示、編程抑止模式顯示、鎖存模式和各種故障顯示。（2）鎖存模式。在某些特殊場合，為了防止對(duì)器的誤動(dòng)作或?yàn)榱朔乐狗怯脩舯救耸褂幂喴危?需要將輪椅置于鎖存模式。因此，輪椅運(yùn)動(dòng)功能。（3）

23、休眠模式。系統(tǒng)必須具有對(duì)輪椅的鎖存和如果輪椅了節(jié)能，器處于開機(jī)狀態(tài)，而用戶長時(shí)間沒有對(duì)輪椅有任何操作，此時(shí)為器應(yīng)當(dāng)可以自動(dòng)關(guān)閉。因此，當(dāng)輪椅處在開機(jī)狀態(tài)且三分鐘內(nèi)沒有接收到用戶對(duì)速度鍵和桿的任何操作，則輪椅進(jìn)入休眠模式。（4）與 PC 機(jī)通訊的功能。通過 PC 機(jī)與輪椅器間的通訊，可以設(shè)定以下參數(shù)：最低前向速度（當(dāng)速度檔調(diào)至最低、桿最大前向動(dòng)作時(shí)的輪椅最大速度）；最低轉(zhuǎn)向速度（當(dāng)速度檔調(diào)至最低、桿最大或右向動(dòng)作時(shí)的輪椅最大轉(zhuǎn)向速度）；休眠時(shí)間；軟件電流限制；停轉(zhuǎn)時(shí)間；轉(zhuǎn)向補(bǔ)償（當(dāng)左右電機(jī)負(fù)載不平衡時(shí)，通過適當(dāng)?shù)呢?fù)載補(bǔ)償，使得當(dāng)桿徑直向前推時(shí)，輪椅能沿直線行走）；最大前向速度（當(dāng)速度檔調(diào)至最高、

24、桿最大前向動(dòng)作時(shí)的輪椅最大速度）；前向度；反向度；最大轉(zhuǎn)向速度；轉(zhuǎn)向度；轉(zhuǎn)向度；負(fù)載補(bǔ)償；調(diào)節(jié)器參數(shù)。2.2 輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的組系統(tǒng)的組成如圖 2-1 所示.輪椅運(yùn)動(dòng)速度給定外部擾動(dòng)方向給定圖 2-1電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)示意圖由圖可見，電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成：桿信號(hào)處理部分、桿信號(hào)處理部分后電機(jī)被給部分和輪椅狀態(tài)檢測部分。桿輸出的信號(hào)經(jīng)過為帶起/制動(dòng) S 曲線和死區(qū)的輪椅的速度和方向給定值，這個(gè)給定值就是用戶器的指令，電機(jī)部分接收用戶的指令和反饋信號(hào)來電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和其他信號(hào)，這部分是輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的部分；電機(jī)檢測部分檢測電機(jī)和器的工作狀態(tài)，這些檢測信號(hào)被用作電機(jī)的信號(hào)和其它部分的信號(hào)。本章

25、將詳細(xì)介紹在第三、四章分別介紹。桿信號(hào)處理部分和電機(jī)部分。電機(jī)及器狀態(tài)檢測7桿信號(hào)處理算法電機(jī)控制算法電機(jī)以及器狀態(tài)監(jiān)測PWM調(diào)制、電機(jī)2.3桿信號(hào)處理2.3.1桿輸出信號(hào)的速度給定由于桿輸出是二維的隨著位置變化而成比例變化的電壓信號(hào)，故非常適合用來電動(dòng)輪椅。用戶前后推動(dòng)桿可以輪椅的運(yùn)行速度，左/右推動(dòng)可以輪椅的轉(zhuǎn)向號(hào)轉(zhuǎn)換為速度和轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向速度的大小。下面介紹怎樣把一個(gè)二維的指令。桿輸出信如果把表示30。桿的信號(hào)看作是二維輸出信號(hào)，分別在二維坐標(biāo)系中用 X 軸和 Y 軸YFFyoFxX圖 2-2桿輸出信號(hào)矢量示意圖可以將 X 軸信號(hào)看作是輪椅的轉(zhuǎn)向速度給定信號(hào)， 而 Y 軸信號(hào)則可以看作是輪椅的

26、前后向速度給定信號(hào)。因此，如果用戶想要轉(zhuǎn)前進(jìn)，則可將輪椅的運(yùn)動(dòng)方向看作是X 和Y 的矢量，如圖 2-2 中所示F。而左/右電機(jī)的速度給定31 Sl和Sr 可從公式（2-1）和公式（2-2）中得出.= ìïC x*Fx + Cy * FyS（2-1）í±Slïîmax= ìï-C x*Fx + Cy * FySí±S（2-2）rïîmax其中，設(shè)Smax 為速度給定最大值，Cx 代表了輪椅的轉(zhuǎn)向速度特性，而Cy 則代表了輪椅在前反向的速度特性。如果以上公式的計(jì)算結(jié)果大于了輪椅最

27、大轉(zhuǎn)向速度，則用最大轉(zhuǎn)向速度代替計(jì)算結(jié)果。圖 2-3 表示了以不同角度旋轉(zhuǎn)的左/右輪速度給定曲線。桿時(shí)，輪椅83002001000-100-200-30090º360º180º270º圖 2-3以不同角度旋轉(zhuǎn)桿時(shí)輪椅的左/右輪的速度曲線如果Sl 和Sr 的值的，則輪椅是向前前進(jìn)轉(zhuǎn)向，否則是后退轉(zhuǎn)向。當(dāng)輪椅向左轉(zhuǎn)時(shí)，右輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，左輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)或保持不變；相反地，當(dāng)輪椅向右轉(zhuǎn)時(shí)， 左輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)，右輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)或保持不變。當(dāng)一個(gè)輪保持不轉(zhuǎn)動(dòng)而另外一個(gè)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪椅做的是原地 360°轉(zhuǎn)彎。2.3.2 速度給定的 S 曲線設(shè)計(jì)由于輪椅是為老年人和殘疾人設(shè)

28、計(jì)的，因此，安全性和舒適性是最首要的技術(shù)要求。從式（2-1）和（2-2）計(jì)算出來的輪椅速度給定是不能直接作為器的輸入信號(hào)地。突度給定會(huì)使得輪椅在起動(dòng)時(shí)有非常沖撞感，甚至?xí)a(chǎn)生很大的超調(diào)和振蕩，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅輪椅用戶的生命安全；同樣地，在輪椅制動(dòng)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生相同的。所以，從式（2-1）和（2-2）計(jì)算出來的輪椅速度給定是不能直接作為器的輸入信號(hào)。作者查閱了大量文獻(xiàn)，驚訝地發(fā)現(xiàn)：至今為止，沒有一篇電動(dòng)輪椅的速度給定 S 曲線做過任何研究。由于聯(lián)想到電梯的運(yùn)行曲線，本著借鑒的目的，作者幾乎閱讀了所有的關(guān)于電梯理想速度曲線的研究文獻(xiàn)3237。但是所有的電梯理想速度運(yùn)行曲線都是基于樓層數(shù)和樓層間距離一定并

29、已知這個(gè)前提條件下得出的，本文結(jié)合輪椅實(shí)際給出的 S 曲線算法是本文的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。(1)設(shè)計(jì)思路：S 曲線本身是一個(gè)非線性函數(shù)，其和編程都非常復(fù)雜。S 曲線的形狀如圖 2-4 虛線所示。在輪椅起動(dòng)時(shí)應(yīng)該是一個(gè)拋物線形狀，然后是輪椅的一個(gè)過程直至輪椅的最大速度后，度為零，輪椅以恒定的最大給定速度運(yùn)行；9左輪右輪，最后在拋物線段舒緩地停下來。本文用圖 2-4制動(dòng)時(shí)，輪椅先以直線的斜率中的一個(gè)折線近似地代替 S 曲線，用三段折線用來模擬拋物線。這使得編程非常簡單，實(shí)踐證明，效果非常理想。給定最大給定312O時(shí)間圖 2-4輪椅速度給定的 S 曲線示意圖(2)實(shí)現(xiàn)方法：利用中斷時(shí)間和對(duì)度變化率的敏感特性

30、來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)人體對(duì)度和度變化率的敏感特性知：當(dāng)度或度最大值不大于1.5m / s2 、平均加度不低于0.5m / s2 、度變化率小于1.5m / s3 時(shí)，的舒適到速感比較好。設(shè)系統(tǒng)的中斷周期為 T，直線的斜率為 K，規(guī)定輪椅在 t 時(shí)間內(nèi)度給定最大值Smax ，則：K = Smax = Smax T（2-3）t / Tt圖 2-4 中三段線段斜率比值為： K1 : K2 : K3 = 1:1.92 : 2.6 。具體程序?qū)崿F(xiàn)見第四章。的設(shè)計(jì)中， K1 、 K2 、 K3 都被設(shè)置為可編程調(diào)節(jié)參數(shù)，用戶可以根據(jù)自己的舒適性要求來進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。2.3.3桿輸出信號(hào)硬件處理電路桿輸出信號(hào)處理電路

31、如圖 2-5 所示10圖 2-5該電路是將 05V 的桿輸出信號(hào)處理電路桿信號(hào)經(jīng)過分壓、跟隨后采樣輸入到 DSP 中。R164R167 是分壓電阻，LM358 運(yùn)算放大器起電壓跟隨作用，D101D104 是限幅二極管，把的輸出限制在 0V 和 3.3V 之間，R168R169 是限流電阻，C122,C123是濾波電容。為了把 05V 的桿輸出電壓變到 03.3V，分壓電阻 R167/R166 的比例應(yīng)為0.5，此處選 R167 為 50K，R166 為 100K。考慮到桿的帶載能力，此電阻值宜取大一點(diǎn)。限流電阻的選擇應(yīng)與 DSP ADC 模塊的信號(hào)源阻抗相匹配， 與 AD 采樣時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)因子的

32、選擇有關(guān)，限流電阻阻值不宜太大，這里選為 50。2.4方案選擇來說，其轉(zhuǎn)速和其他參量的關(guān)系38可用式（2-4）表達(dá)對(duì)于直流電n = U - IR（2-4）KeF式中 n 轉(zhuǎn)速，U 電樞電壓，I 電樞電流，為 r/min；為 V； 為 A；R 電樞回路總電阻，為；F 勵(lì)磁磁通，為 Wb；11Ke 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢常數(shù)。由式（2-4）可以看出，通過調(diào)節(jié)電樞供電電壓U 就可以達(dá)到調(diào)速的目的。這種方法的特點(diǎn)是機(jī)械特性較硬，能充分利用電的容量。2.4.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)被調(diào)量的負(fù)反饋是閉環(huán)系統(tǒng)的基本反饋形式，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來說，用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋可以獲得比較滿意的靜、動(dòng)態(tài)性能。但是，在本文的電動(dòng)輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的

33、設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是非常的，因?yàn)椋瑹o法安裝轉(zhuǎn)速檢測裝置。故此，本文方法39。的轉(zhuǎn)速近似與電樞兩端電壓成正比，所以電在設(shè)計(jì)中采用電壓負(fù)反饋和電流補(bǔ)償?shù)娜绻雎噪姌袎航?，則直流電壓負(fù)反饋基本上能夠代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用。采用電壓負(fù)反饋和電流補(bǔ)償速系統(tǒng)原理圖如圖 2-6 所示。的調(diào)VSPWM驅(qū)動(dòng)信號(hào) T3D1D3圖 2-6其中 V+、V-分別為電電壓負(fù)反饋和電流補(bǔ)償?shù)恼{(diào)速系統(tǒng)原理圖兩端的電壓，它們同時(shí)被送入 DSP 的 AD 采樣通道中，在軟件中對(duì) V+、V-進(jìn)行差分得到電機(jī)兩端的電壓值，這樣做的好處是可以消除由于電源電壓波動(dòng)等因素引起的電機(jī)端電壓的誤差。R1、R2 是電機(jī)電流的采樣電阻，之所以有

34、兩個(gè)采樣電阻是因文中所討論的電動(dòng)輪椅系統(tǒng)是采極性模式，電機(jī)可在四象限運(yùn)行，由如圖 2-6 所示的 H 橋可知: R2、R1 可分別檢測電機(jī)的正反向電流。1)電壓環(huán)分析和參數(shù)選擇12DSPV+MV-T2D2T4D4I -R1R2I+桿(1)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖PI 調(diào)節(jié)器一般用它的輸出特性表示39。PWM H 橋在按線性系統(tǒng)規(guī)律進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該把這個(gè)環(huán)節(jié)的放大系數(shù) Ks 當(dāng)作常數(shù)，則：Ud 0 = KsUct其中：Uct 為調(diào)節(jié)器輸出電壓，Ud 0 為電機(jī)兩端電壓V-M 系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性V-M 系統(tǒng)開環(huán)機(jī)械特性為： n = Ud 0 - Id RCe其中：n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速；Ce 是電勢

35、常數(shù)；Id 為負(fù)載電流；R 為主電路的等效電阻，包括 H 橋裝置內(nèi)阻、電機(jī)電樞電阻和電流采樣電阻。電壓測量環(huán)節(jié)：UU = gd 0*其中UU 為反饋電壓。設(shè)轉(zhuǎn)速給定電壓為：Un 。則可得電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-7 所示。Id RDUd*UUUnctd 0KsUUg圖 2-7電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖由于系統(tǒng)采用數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)無靜差，象有靜差那樣根據(jù)穩(wěn)態(tài)調(diào)速指標(biāo)來計(jì)算參數(shù)是不可能的。由于穩(wěn)態(tài)時(shí) PI 調(diào)節(jié)器的輸入電壓DUd = 0 ，給定電壓與反饋電壓相等，因此可以按下式近似計(jì)算轉(zhuǎn)電壓反饋系數(shù)*Ug= n max Ud 0max（2-5）131Cen式中：Ud 0max 電

36、電樞電壓最大值。*Un max 為電壓最大值。根據(jù)電路電氣參數(shù)和截止電流的值 Idcr 可以很容易算出電流截止環(huán)節(jié)的參數(shù)。對(duì)于 PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)和電流補(bǔ)償環(huán)節(jié)的參數(shù)是先通過系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型確定一個(gè)大概范圍，再通過實(shí)驗(yàn)整定參數(shù)。僅采用電壓負(fù)反饋的調(diào)速系統(tǒng)固然可以省去一臺(tái)測速發(fā)電機(jī)，但是由于它不能彌補(bǔ)電樞壓降造成的轉(zhuǎn)速降落，調(diào)速性能不如轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)，機(jī)械特性也達(dá)不到要求。在采用電壓負(fù)反饋的基礎(chǔ)上，如果再增加電流正反饋補(bǔ)償措施則可彌補(bǔ)這一不足。另外在負(fù)載過大或，流過電機(jī)的電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過值，這是非常危險(xiǎn)的。為了解決閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和電流過大的問題，系統(tǒng)中必須有自動(dòng)限制電樞電流的環(huán)節(jié)。所以引入電流截止

37、負(fù)反饋，但是這種作用只應(yīng)在電流超過一定限制時(shí)存在，帶電流截止負(fù)反饋和電流正反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)如下：K K (U * + U)U * + U電流： I=pi sncom»ncom(2-5)dblRRs= Ucom而截止電流： I(2-6)dcrRs其中Ucom 為比較電壓，Rs 代表了負(fù)反饋深度。又電機(jī)的額定電流 Inom = 20 A ，而電壓 Un = 2.5V , 截止電流應(yīng)大于電 *Idcr的額定電流，通常取 Idcr = (1.1 1.2)Inom = 24 A ， Idbl = (1.5 2)Inom = 30 A 。由式（25）和（

38、26）可得：Rs » 0.33W ，Ucom » 8.94V 。帶電流截止的電壓負(fù)反饋和電流正反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-8 所示。14Id RbDUdU*UctUd 0n圖 2-8帶電流截止負(fù)反饋和電流正反饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中 b 由電樞回路電阻和系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)決定。(2)電壓負(fù)反饋系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖由文獻(xiàn)可知閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)如下：對(duì)于額定勵(lì)磁下的它勵(lì)直流電，在零初始條件下電壓與電流間的傳遞函數(shù)為1I (s) d R =（2-6）Ud 0 (s) - E(s)T s + 1其中Tl 為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)，為 s。電流和電

39、動(dòng)勢間的傳遞函數(shù)為E(s)R=（2-7）Id (s) - IdL (s)Tms其中Tm 為電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)，為 s；IdL (s) 為反映負(fù)載轉(zhuǎn)矩的電樞電流分量。又由于n = E C ，所以綜合式（2-6）和（2-7）可得額定勵(lì)磁下直流電e動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-9 所示。IdL (s) 的Ud 0 (s)圖 2-9額定勵(lì)磁下直流電的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖H 橋裝置的傳遞函數(shù)可近似為如下的一階慣性環(huán)節(jié)151CeT T s2 + T s +1m lmn(s)R(Tl s +1)UUgKs1CenUd 0 (s) =Ks（2-8）Uct (s)Ts s + 1PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為t s +1t sW (s

40、) = K（2-9）pipi式中 K pi 為 PI 調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)；t 為 PI 調(diào)節(jié)器的時(shí)間常數(shù)。需要注意的是電壓環(huán)采用 PI 調(diào)節(jié)器使得電壓調(diào)節(jié)無靜差，但對(duì)速度仍為有差系統(tǒng)。由上述各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可得閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-10 所示，反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)如式 2-10 所示。IdL (s) U *(s)DU (s)U (s)nnct圖 2-10閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖W (S ) = K t s +1（2-10）t s(Ts s + 1)式中 K = K pi Ksg 。設(shè) IdL = 0 ，從給定輸入作用上看，電壓閉環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為K t s +1t s(Ts

41、 s +1)=K (t s +1)W (s) =（2-11）1+ K t s +1clT t s + (K +1)t s + K2st s(Ts s + 1)D(s) = T t s + (K +1)t s + K = 02（2-12）s維滋判據(jù)40和特征方程各項(xiàng)系數(shù)嚴(yán)格為正，可知閉環(huán)系統(tǒng)是嚴(yán)格由穩(wěn)定的。(3)PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇16Un (s)g Ks Ts s +1Ud 0 (s) K pit s +1t s1 CeT T s2 + T s +1m lmn(s)R(Tl s +1)的特征方程和式（2-12）可知：根據(jù)典型= K +12xw(2-13)nTsKw2 =(2-14)nT ts在

42、本文研究的輪椅系統(tǒng)中，不時(shí)間響應(yīng)出現(xiàn)超調(diào)的現(xiàn)象，所以應(yīng)采用臨界阻尼或過阻尼系統(tǒng)，也即x ³ 1 。由式（2-12）和（2-13）可推出：x = K +1t³ 1（2-15）2KTs整理式（2-15）得t ³ Ts可見，式（216）是x ³ 1 充分必要條件。另外，由典型 I 型系統(tǒng)Kt = 0.5 1.0 時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能最好。2)數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的 DSP 實(shí)現(xiàn)方法（2-16）整定理論，對(duì)于式（2-10），當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器采用 PI 調(diào)節(jié)器，即比例調(diào)節(jié)器。常規(guī)的模擬 PI系統(tǒng)原理框圖41見圖 2-11。該系統(tǒng)由模擬 PI 調(diào)節(jié)器和被控對(duì)象組成。圖中，r

43、(t) 是給定值，y(t) 是系統(tǒng)的實(shí)際輸出值，給定值與實(shí)際輸出值差分偏差e(t) 。e(t)r(t)u(t)y(t)被控對(duì)象圖 2-11模擬 PIe(t) = r(t) - y(t) 系統(tǒng)原理圖（2-17）e(t) 作為 PI 調(diào)節(jié)器的輸入，u(t) 作為 PI 調(diào)節(jié)器的輸出和被控對(duì)象的輸入。所以模擬 PI器的規(guī)律為17比例u(t) = K æ e(t) +ö1tòe(t)dt + u（2-18）P ç÷0Tè0øI式中KP 比例系數(shù)；TI 常數(shù)。比例調(diào)節(jié)的作用是對(duì)偏差瞬間做出快速反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生，器立即產(chǎn)生作用，使例系

44、數(shù)越大，量向減少偏差的方向變化。作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)，比越強(qiáng)，但過大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)的作用是消除靜態(tài)誤差。但它也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)量。采用 DSP 對(duì)電進(jìn)行時(shí)，使用數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器，用軟件取代硬件。將式（2-18）離散化處理就可以得到數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器的算法：æöTTkå ej ÷ + u0uk = Ke +（2-19）çPkèøj =0I或kuk = KPek + TKI å ej + u0j =0（2-20）式中 k 采樣序號(hào)， k = 0,1, 2,； uk 第k

45、 次采樣時(shí)刻的輸出值；ek 第k 次采樣時(shí)刻輸入的偏差值；= KP TKI 系數(shù)， KI；Iu0 開始進(jìn)行 PI時(shí)的原始初值。用式（2-20）進(jìn)行計(jì)算 PI 調(diào)節(jié)器的輸出uk 比較繁雜，可將其進(jìn)一步變換。令第k 次采樣時(shí)刻的輸出值增量為= uk - uk-1 = KP (ek - ek-1 ) + TKI ekDuk（2-21）所以18= uk-1 + KP (ek - ek-1 ) + TKI ekuk（2-22）或= uk -1 + K1ek + K2ek -1uk（2-23）式中 uk -1 第k -1次采樣時(shí)刻的輸出值；ek -1 第k -1次采樣時(shí)刻的輸入偏差值；K1 K1 = KP

46、 + TKIK2 K2 = -KP用式（2-22）或式（2-23）就可以通過有限次的乘法和加法快速地計(jì)算出 PI調(diào)節(jié)器的輸出uk 。2.4.2 PWM 脈寬調(diào)制策略和主電路的選擇1)主電路的選擇和 PWM 脈寬調(diào)制策略為了實(shí)現(xiàn)電動(dòng)輪椅在二維平面上的自由運(yùn)行，電機(jī)中的電流必須連續(xù)，本文在研究輪椅運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中所采用的 PWM 變換器為H 型雙極式 PWM 變換器,如圖 2-5中所示。這是因?yàn)?，可?PWM電路結(jié)構(gòu)簡單，方式靈活；系統(tǒng)的電流始終連續(xù)，電機(jī)在四象限內(nèi)可以連續(xù)平滑地調(diào)速。由圖 2-5，VT1 和 VT4 是同時(shí)導(dǎo)通的，其驅(qū)動(dòng)電壓Ub1 和Ub 4 具有相同的電平；VT2 和 VT3 同時(shí)動(dòng)

47、作，其驅(qū)動(dòng)電壓Ub 2 和Ub3 的電平極性與Ub1 相反。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0 £ t £ ton 時(shí)，Ub1 和Ub 4 為正，MOS 管 VT1 和 VT2 飽和+-導(dǎo)通；而Ub 2 和Ub3 為負(fù)，VT2 和 VT3 截止。這時(shí)，VS 加在電機(jī)電樞兩端，V -V = VS ,電樞電流id 沿 VT1、電機(jī)、VT4 流通。當(dāng)ton £ t £ T 時(shí)，Ub1 和Ub 4 變負(fù)，VT1 和 VT4截止；Ub 2 、Ub3 變正，但 VT2、VT3 并不能立即導(dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼袃?chǔ)能的作用下, id 沿回路 2 經(jīng) D2、D3 續(xù)流，在 D2、D3

48、上的壓降使 VT2 和 VT3 的從 c-e19極承受著反壓，此時(shí)V + -V - = -VS ，電機(jī)兩端電壓在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極性 PWM 變換器的特征。其電壓電流波形如圖 212 所示。(V+-V- )VS0t-VSid1211210t圖 212電壓電流波形> T當(dāng)正脈沖較寬時(shí)， t，則電樞兩端的平均電壓為正，電正轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)脈on2沖較寬時(shí)， t£ T ，電樞兩端平均電壓為負(fù)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正負(fù)脈沖寬度相等，on2= Tt，平均電壓為零，則電停止。雙極式可逆 PWM 變換器電樞平均端電壓on2用公式表示為- T - ton V = 2ton - T V= ton V

49、U（2-24）dsssTTT這里定義 r = Ud = 2ton - T 為PWM 電壓的占空比，調(diào)速時(shí) r 的變化范圍為-1 £ r £ 1。UST當(dāng) r 為正值時(shí)，電正轉(zhuǎn)；為 r 負(fù)值時(shí)，電反轉(zhuǎn)； r = 0 時(shí)，電停止。在r = 0 時(shí)，雖然電機(jī)不轉(zhuǎn)，電樞兩端的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流卻都不為零，而是交變的。這個(gè)交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩。它的好處是使電機(jī)帶有高頻的微振， 起著“動(dòng)力潤滑的作用”，消除正反向時(shí)的靜摩擦死區(qū)。雙極式 PWM 變換器的優(yōu)點(diǎn)：（1）電流一定連續(xù)；（2）可使電在四象限運(yùn)行；（3）電機(jī)停止時(shí)有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速時(shí)每個(gè) MOS

50、 管的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證 MOS 管的可靠導(dǎo)通。然而采極式 PWM 變換器有一個(gè)很大的缺點(diǎn)就是上下兩管容易發(fā)生直通事故，從而降低了裝置的可靠性。因此，為了防止直通事故，必須對(duì) PWM 脈沖設(shè)置20邏輯延時(shí)也即死區(qū)設(shè)置。2)功率驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，如圖 2-13 所示圖 2-13本文選用 IR2110 作為功率驅(qū)動(dòng)臂側(cè)輸出和下橋臂側(cè)輸出。邏輯功率驅(qū)動(dòng)電路。它包括邏輯輸入、電平轉(zhuǎn)換、保護(hù)、上橋觸發(fā)電路，提高能力。輸入邏輯電路與 TTL/CMOS 電平兼容，其輸入引腳閾值為電源電壓 VDD 的 10，各通道相對(duì)。由于邏輯信號(hào)均通過電平耦合電路連接到各自通道上，邏輯值電路參考地（VSS）與功率電路參

51、考地之間有5V 到5V 的偏移量，并且能小于 50ns 的脈沖，這樣便具有較理想的抗噪聲效果。兩個(gè)高壓 MOS 管推挽驅(qū)動(dòng)器的最大灌入和輸出電流可達(dá) 20A，上橋臂通道可以承受 500V 的電壓。輸入通道與輸出通道之間的傳導(dǎo)延時(shí)較小，開通傳導(dǎo)延時(shí)為 120ns，關(guān)斷傳導(dǎo)延時(shí)為 95ns。電源 VCC典型值為 15V，邏輯電源和模擬電源之間共用一個(gè) 15V 電源，邏輯地和模擬地連接在一起，輸出端設(shè)有對(duì)功率電源 VCC 的欠壓保護(hù)，當(dāng)小于 8.2V 時(shí)，驅(qū)動(dòng)輸出。IR2110 具有很多優(yōu)點(diǎn)：自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電源可同時(shí)驅(qū)動(dòng)上、下兩個(gè)橋臂上的兩個(gè)開關(guān)器件，可驅(qū)動(dòng)達(dá) 500V 的主電路系統(tǒng)，工作頻率高，可達(dá) 500KHz；具有電壓保護(hù)相關(guān)邏輯；輸出用圖騰柱結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)峰值電流為 2A，兩通道設(shè)有低壓延時(shí)（50ns）。還有一個(gè)輸出的保護(hù)端 SD，在 SD 輸入輸出均被。IR2110 的優(yōu)點(diǎn)，給實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了極大方便，特別是自舉懸浮驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)大大簡化了驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)，只用一個(gè)電源即可完成對(duì)上下橋臂兩個(gè)功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)。圖 2-10 中，C304 為退耦電容，它用于補(bǔ)償電源線的