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无刷电机的设计最终版.doc 43页
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直流无刷电机的设计，在交流同步电机中的同步转速也应该为，如果把电源的频率调高或调低，则电机的工作转速也可以很高或者较低的。但这个电机的供源是交流电，如果把直流电源通过电路的转换，变成可以交变的波形供给交流电机或交流同步电机，那么交流异步电机或交流同步电机也可以很好的转动起来的，这就是直流无刷电机的最直观的概念。
要把直流电转换成单相或三相交变电源，在上世纪中叶还是一个非常麻烦的事，那时只有电子真空管，体积很大，输出电流很小，那时台式收音机就有12英寸的电视机那么大，无法和现在手指那么大的MP3相比拟。后来发明了半导体和相应的各种半导体技术使电子控制技术推向了一个新纪元。各种电源逆变，分配技术，换相技术的相继出现，许多高性能，高功率的半导体器件的研制成功，从而使电机领域出现了机电一体化的步进电机，直流无刷电机，并迅速在各个领域得到了广泛的应用。
当出现了永磁直流无刷电机后，就体现了它强大的生命力，永磁直流无刷电机有许多优点，如干扰小，(电路部分有一定的电磁干扰的)，运行寿命长，调速性能好，控制方法多，输出力矩大，过载能力强，调速范围宽，起动响应快，运行平稳，效率高等。永磁无刷直流电机有许多交流异步电机，步进电机和直流电机不具备的优点。它广泛应用于办公机械，电脑，音响，通风行业，自动控制，仪器仪表，汽车，国防工业等等领域，特别一提的是，在电脑中，光驱动器，硬盘，DVD等大量用了非常精密的形式不一的永磁无刷直流电机，目前社会上人们所骑的电动自行车上的电机绝大都数是采用了永磁直流无刷电机，这个量非常可观，这些也是用得最广泛，生产量最多的直流无刷电机。永磁直流无刷电机已经在时刻影响着人们的生活，在左右人类的生活的历史。
随着控制器的小型化，模块化，以前做得较大的控制器现在可以做得更小，有的可以和电机做在一起，使永磁无刷电机使用起来那么方便，那么的得心应手。许多永磁直流电机日益被永磁无刷直流电机所替代。在电机界，研究，开发永磁直流无刷电机是一种新的趋势。这方面的论著也比以往多起来了。
9-10-2永磁直流无刷电机工作原理
从电磁原理看，电机中如果一个永磁多极磁钢的转子(一对极也可以)，外面的定子是由相对应极数的线圈组成，定子线圈如果能够产生一个单向的旋转磁场(不是脉振磁场)的话，转子因为该磁场的磁极作用而跟转，这样电机就可以转动起来，如果转子上加了个负载，为了使转子能够同步转动，电源必须需供给电机定子更大的电流，从而产生相应的磁场，电机就能作功。这就是直流无刷电机的电磁原理。由直流电源产生定子上一个旋转磁场，要有二个条件:
定子必需有相应能通过电源分配器能够产生均匀旋转磁场的线圈
把直流电转换成按一定的规律分配给定子相应线圈电能的电源分配装置
因此无刷永磁直流电机必定的由电机和驱动这二部分组成。
永磁无刷直流电机的电机有各种各样的结构和形状，有长圆柱形，转子是永磁的，定子是由象交流电机定子形式一样的，有隐极的也有突极的，这种形式是内转子式的，也有外转子式的，定子是在里面，转子是在外面，转子上粘着磁钢，最典型的就是我们电脑中CPU的冷却风叶电机，更典型的是电动自行车电机，俗称轮毂电机。
在电机中，交流三相电机运行是非常好的，三相的电角度相差120°，而交流单相电机经电容移相后组成的二相电机，其夹角不能很好地成90°。在永磁无刷直流电机中，如果能使电机定子产生三相旋转磁场，让转子平稳地转动，这是非常好的，因此许多场合的永磁无刷直流电机中的定子就用三相绕组的排列方法。
实际上，永磁无刷直流电机电源就是把直流电源变成三相或二相脉冲电源，最好产生正弦波提供给电机，但由于从直流波形产生产严格的正弦波是比较困难的，现在好多电子交流稳压器输出的波形还不是严格的正弦波，波形的失真度较大，所以小小的动驱动电源是不可能做到这点的，实际上，方波输出的驱动电源用在永磁无刷直流电机上还是相当的好的。
一般的永磁无刷直流电机是定子和定子线圈的排列的方法和分析问题的观点和交流电机定子基本相似，转子和交流同步电机转子相似，驱动电源和步进电机驱动电源相似。大都数电机上还增加了转子位置检测传感器。这是一种机电一体化的电机。如果读者搞过单，三相交流电机，那么永磁无刷直流电机的定子排线，分布绝对没有问题，如果读者又搞过步进电机的驱动电源的话，那么对无刷电机的驱动电源也是毫无问题的。永磁无刷直流电机的主要尺寸和线圈匝数的设计计算作者会介绍实用的，比较简单的方法去解决问题的。所以永磁无刷直流电机的设计也不是非常困难的，没有搞过无刷电机的也不要有畏难情绪。
我们来谈谈如何使电机能够产生一个旋转磁场呢?我们可以从交流电机分析着手。
三相相交流电机三相波形如下图:
它们的三相绕组的机角度和电角度都是120°，为此
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无刷直流电机设计
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shiyongzhu创意进度帖 无感无刷直流电机电调设计
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第一周提交内容
第一周提交内容直流无感无刷电机控制方法做四轴飞行器电调一份重要的参考资料timegate墨鸢所写的《无感无刷直流电机之电调设计全攻略》，本文主要参考该文献。目前，国内外对无刷直流电机（Brushless DC motor，BLDCM）定义一般有两种：一种定义认为只有梯形波/方波无刷直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波无刷电机则被称为永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）；另一种定义则认为梯形波/方波无刷电机和正弦波无刷电机都是无刷直流电机。在此本帖采用第一种定义。直流无刷电机根据转子结构可分为内转子和外转子两种结构。下图是一个三相九绕组六极内转子电机和三相六绕组外转子电机。直流无刷电机绕组通电后，线圈内产生电流，在永磁体的磁场下产生洛伦兹力，产生力矩，从而推动转子转动。为了产生持续的力矩，线圈内的电流需要根据转子所处的位置改变方向，这也就是所产说的换相。有刷电机的换相通过电刷完成，而无刷电机的换相则是通过电子器件控制电流的通断来完成。无刷直流电机的换相与转子的位置有关，为了产生同一个方向持续的电磁力矩，需要根据位置的不同控制每相电流通断。根据换相位置的检测方式又可以分为无感和有感。有感指的是采用霍尔传感器检测转子位置，控制换相。而无感指的是直接利用电机的线圈绕组来控制换相。这也正是本次电调设计的主要方式。
无标题.png (135.61 KB, 下载次数: 0)
22:15 上传
本次电调设计主要控制框图如下图所示，零位检测电路检测能够检测出无刷电机转子的切换位置，控制器根据转子位置，控制驱动电路进行每相通断切换，从而实现对电机的控制。
2.png (20.38 KB, 下载次数: 0)
22:15 上传
[ 本帖最后由 shiyongzhu 于
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嘿嘿，你创新了，本来我们是按照“XX创意进度帖+此次进度主题”这个形式为标题发帖的，不过你这样我能看明白，没关系了，期待你下一周的进度，还在此贴中跟帖发进度哈:)&
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嘿嘿，你创新了，本来我们是按照“XX创意进度帖+此次进度主题”这个形式为标题发帖的，不过你这样我能看明白，没关系了，期待你下一周的进度，还在此贴中跟帖发进度哈
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无感无刷直流电机电调驱动板设计
首先很抱歉，前阵子比较忙，没有及时更新进度，对此深感抱歉。现补上驱动板设计一部分的工作。
驱动板的原理图分成五块，分别是过零检测、电流检测、外部接口、电源输入、控制输出。以下简单的介绍每一块的功能。
过零检测：利用接地导线流过电流时产生电压的原理，检测电压实现电机的工作电流测定。
电流检测.jpg (38.81 KB, 下载次数: 0)
00:55 上传
过零检测：使用LM339比较器，比较每相与中间点的电压差，从而产生上升沿或下降沿信号，供换相控制使用。
过零检测.jpg (123.76 KB, 下载次数: 0)
00:55 上传
外部接口：外部输入12V、5V电压、输出控制、过零脉冲通过此接口与外部连接。
外部输出.jpg (63.38 KB, 下载次数: 0)
00:55 上传
电源输入：外部提供5V、12V电压，5V用于LM339集电极上拉，12V用于控制。
电源输入.jpg (43.19 KB, 下载次数: 0)
00:55 上传
输出控制：最核心的部分，此部分完成换相工作。
控制输出.jpg (44.04 KB, 下载次数: 2)
00:55 上传
根据原理图绘制出如下的PCB板：
PCB.jpg (145.31 KB, 下载次数: 1)
00:55 上传
最后附上本人的设计文档，请大家批评指正。
(13.12 MB, 下载次数: 681)
00:55 上传
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[ 本帖最后由 shiyongzhu 于
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无感无刷直流电机电调驱动板调试
本设计的电调驱动板比较简单，打板回来后很快完成了电装工作，空板如下图所示。
IMG_536_副本.jpg (1.21 MB, 下载次数: 0)
23:17 上传
购置的无感无刷电机、锂电池与电调驱动板、RL78G14进行连接，如下图所示，无感无刷电机的固定是问题，本人利用烙铁架将其夹住，效果很好。
IMG_618.jpg (654.97 KB, 下载次数: 0)
23:17 上传
本人现已完成电机的启动，启动视频已上传到优酷，待审核后贴出地址。
下一步就是使电机持续的旋转起来了。
[ 本帖最后由 shiyongzhu 于
23:17 编辑 ]
电机的启动视频：
[media=x,500,375]http://v.youku.com/v_show/id_XNjQ1NjAxMTE2.html[/media]
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电机的启动视频：
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驱动板与RL78G14评估板调试
整个调试连接如下图所示：
连接框图.jpg (27.9 KB, 下载次数: 1)
22:30 上传
驱动板至RL78G14评估板的连接接口：A+、B+、C+为六臂全桥驱动电路的上臂导通控制接口，高电平时导通，低电平时截止；A-、B-、C-为六臂全桥驱动电路的下臂导通控制接口，高电平时导通，低电平时截止；INT A、INT B、INT C为各相感应反电势与中点电压比较；Current为电流检测电路输出的电压；接口分配A+、B+、C+需要接入PWM信号，在此利用RL78G14中的RD1定时器产生三路PWM信号，引脚对应CN2上P10、P11、P12；A-、B-、C-只要输出低电平、高电平即可，在此利用CN2的P55、P54、P53即可；INT A、INT B、INT C接入RL78G14中的中断，并要求能够上升沿和下降沿都可以检测该中断，RL78G14的外部可屏蔽中断能够满足使用需求，在此利用CN2的P51、P50、P16检测中断；Current利用ADC的通道0检测，对应CN2的AVrefp。驱动板至电机B、C三相分别接上电机即可；
实物图如下：
IMG_710.jpg (648.23 KB, 下载次数: 0)
22:30 上传
电机运行视频：
[ 本帖最后由 shiyongzhu 于
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上位机电调测试软件设计（将未尽工作做完）为了方便测试自制电调的性能，本人设计了用于测试电调的MFC程序。该程序能够实时接收和显示电调的状态，当电调采用串口控制时，该软件可以实时控制电调。程序的界面如下图所示：
捕获.PNG (31.15 KB, 下载次数: 0)
22:57 上传
（1）通信协议和报文本软件通过串口与电调进行通信，波特率默认为38400，数据位为8位，停止位为1，无奇偶校验位，电调发送之上位机报文速率为100ms一帧，上位机发送至电调的报文速率也为100ms一帧。每帧报文包含30个字节，每个字节对应的内容如下：首字节为标示符‘#’；次字节为电调地址0、1、2.。。。；下一字节为cmd；（当需要重启电调时，该指令为‘R’）中间为数据区（进行了编码处理，内容将下文）末字节为结束符‘\r’；& && && &数据区之所以进行编码是由于为了能够识别出报文起始和结束符，在报文的中间必须不能够出现与之相同的字符。以下列出使用到的几个关键ASCII码#&&—&&35& & 0x23\r —&&13& & 0x0D从上述的ASCII码值，要是的数据区的每个字节值必须&35或者&13但是&电调地址再或者&35但大于&13，很明显大于35的数据范围比较广，所以将数据编码到大于35的ASCII码的值比较方便。MK电调采用此种方法，将原来的数据由三个字节扩充为四个字节，并将各个字节加上‘=’（0x3D），从而使得扩充后的字节均大于大于‘#’。编码后的数据区数据将全部大于’#’、‘\r’,从而从接收得到的报文中可以检测出报文头和尾。编码主要程序如下：SendeBuffer[pt++] = '#';& && && && && &// Startzeichen SendeBuffer[pt++] =& && && && & // Adresse (a=0; b=1,...) SendeBuffer[pt++] =& && && && && && &&&// Commando
while(len)&&{& &if(len) { a = snd[ptr++]; len--;} else a =0;& &if(len) { b = snd[ptr++]; len--;} else b =0;& &if(len) { c = snd[ptr++]; len--;} else c =0;& &SendeBuffer[pt++] = '=' + (a && 2);& &SendeBuffer[pt++] = '=' + (((a & 0x03)&& 4) | ((b & 0xf0) && 4));& &SendeBuffer[pt++] = '=' + (((b & 0x0f)&& 2) | ((c & 0xc0) && 6));& &SendeBuffer[pt++] = '=' + ( c & 0x3f);&&} AddCRC(pt);}对应的解码程序如下：while(len)&&{& &a = RxdBuffer[ptrIn++] - '=';& &b =RxdBuffer[ptrIn++] - '=';& &c = RxdBuffer[ptrIn++] - '=';& &d = RxdBuffer[ptrIn++] - '=';& &if(ptrIn & max - 2)& &&&// nicht mehr Daten verarbeiten, alsempfangen wurden
& &x = (a && 2) | (b && 4);& &y = ((b & 0x0f) && 4) | (c&& 2);& &z = ((c & 0x03) && 6) |
& &if(len--) ptrOut[ptr++] =& &if(len--) ptrOut[ptr++] =& &if(len--) ptrOut[ptr++] =& && &&&&&}& && && &上述报文数据区的内容为以下结构体：struct str_Debug{ unsigned char Digital[2];& && && &&&// 8位 unsigned short int Analog[8];& & // 16位};电调至上位机：Digital[0]&&—————— 自检结果， 0-正常 非0-故障代码Digital[1]&&—————— 命令来源与电调状态 [1:0] – 00 串口 –01 I2C&&-- 10 PPM [2]&&0-停止 1-运行Analog[0]—— 电流Analog[1]—— 电压Analog[2]—— 占空比Analog[3]—— 速度 上位机至电调（仅当控制指令来自串口时可以使用）：Digital[0]&&—————— 急停Digital[1]&&——————占空比Analog 保留& && && &注：此处与MK电调有所区别，在MK电调中定义如下变量unsigned charMotorTest[4] = {0,0,0,0};& && && &MotorTest每个字节分别对应0、1、2、3地址电调的占空比。& && && &上位机发送的数据仅为每个电调地址对应的占空比而已，上位机至电调数据量较小，减小中的发生率，有利于换相，在后期的电调制作中，将对此予以优化。（2）报文接收与发送电调报文接收主要采用中断完成，每接收到一个字节即产生一个中断，这样很容易识别开始和结束的标示字节，完成一帧完整报文的接收。相对于电调来说上位机软件采用MFC编制，采用专用的串口控件MSComm。MFC程序根据串口接收事件进入接收子程序，但是接收得到的内容不再只是一个字节还可能是多个字节，为此将接收到的报文存于recvbuffer[100]中，该缓存器能够循环存储。然后检测刚接收到的报文中是否含有结束符，若有再将报文摘出存储于recvdata[30]，对recvdata[30]中数据进行解码，从而得到电调发送的数据。电调发送报文比较简单，将需发送字节放入发送寄存器，不停检测发送完成标志，当发送结束，再将下个字节放入发送寄存器。上位机发送功能比较简单，直接将要发送的数据，定时存入发送缓存器中即可。
以上介绍本人编制的MFC电调程序，如需进一步了解这个程序，还需要对源程序进行分析。
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2017，加油！继续为中国电子行业做出小小的贡献吧！
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可以用威兆的MOS 管 专注电调开发 多款电调MOS管 替换 各种品牌MOSVS3080AP NMOS ±20 1~3 30 90 4 5.5 -- DFN5X6
VS3080AD NMOS ±20 1~3 30 90 4 5.5 -- TO-252
VS3080AI NMOS ±20 1~3 30 90 4 5.5 -- TO-251
替换IRLR8726 LR8726 IRFH8318
VS30160AP 30V 90A2.3毫安
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有沒有110V或220V的呢?
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直流无感无刷电机控制方法
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有点厉害。。。
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视频亮点展示：亮点一：本视频也是典型的 数模混合电路，前5部视频主要讲模拟电路。如何实现无缝混搭？电路设计又需要注意哪些细节呢？这是本部视频最大亮点。亮点二：本部视频通过硬件波形的整形、储存，以及根据 时序 来分配并动作，根据时序进行多路信号的切换，以及不同波形在不同时刻发生不同的动作。锻炼学员综合协调处理波形根据时间来锁存信号与释放信号的能力。如果以前是二元化，现在就是三元化。以前只是电压电流为主轴的波形设计，现在则是 电压电流波形在时间轴上 的分配。亮点三：全场以实物为依托，进行 现场调试，并且手把手教会大家进行单个模块的调试与模块之间联调的方法，手把手教会并提高大家调试电路的动手能力，这也是工程师必备的最重要的一点。调试过程中遇到的很多难点、很多困难，敬请关注张飞老师如何亲自进行调试，如何克服困难，如何去分析寻找突破点。亮点四：本部视频，张老师教会大家如何用 万用表来测量 一些元器件，有助于提高维修线路板的效率，节省时间，更多精彩的内容请关注视频。亮点五：本视频基于前几部视频，让工程师深入到第二阶段学习，提高复杂电路的架构与设计能力，掌握到电路设计的全局观。不再像以前简单的基于元器件的使用，而是如何综合运用各种复杂器件实现各种复杂应用。通过学习本套视频你可以获得什么？一、BLDC（直流无刷马达） 工作原理二、学习有霍尔位置传感器 和无霍尔位置传感器的BLDC区别①目前有位置传感器用的比较多，由于它能够准确采样转子的旋转位置，所以更能稳定可靠运行，控制方式相对来说也简单些。因此，在很多项目中得到大量使用。应用领域：特别适合大负载和静止启动的情况。比如，电动车、电动自行车、电动汽车、高铁等中均得到大量而广泛的应用。当然，毕竟马达上多个sensor
，在马达制作工艺方面增加了复杂度，增加了成本。同时，霍尔也存在一定几率的老化不良等问题，对电机的整个寿命产生一定的影响。②由于有位置马达存在上述的弊端，无位置由于没有sensor工艺简单，同时更加安全可靠，所以在很多场合也得到比较多的应用。在一些复杂恶劣的环境、轻负载的情况下应用，比如风机，空调压缩机，汽车的冷却风扇等。但是，由于位置是根据马达的反电动势计算得来的，因此具有不可靠性。而且在马达静止情况下，由于不存在反电动势，因此转子的位置更加难以确定。所以，不适合马达在静止条件下使用。③综上所诉，有位置的马达的驱动器比较简单，马达相对复杂，可静止启动。无位置控制的马达优点是马达简单控制器复杂，适合轻负载，非零转速启动或者在马达又一定转速下启动。三、霍尔位置设计四、高压和低压应用（供电和应用）如果是接电网，一般接高压，降低成本。接电网是用310V或者更高。还有一种户外移动电源供电，这种一般情况是做低压。那么，都有这么个代表。空调压缩机--高压；电动车--低压；随着bldc的快速发展，低压为代表的发展十分迅速，智能代步工具；机器人；电动工具；园林工具等等。高压和低压这两个方向发展十分巨大，快速发展的。五、马达的转子、定子采样设计BLDC 分外转子和内转子，如何整合？外转子应用领域广泛：风扇马达、轮毂马达、多旋翼无人机航模，电动滑板（见下图）。外转子和内转子相同工作下特性比较：外转子体积小，内转子大；但是，外转子结构复杂，强度不如内转子；六、方波和正弦波介绍从马达的反电动势波形来区别，可以分为正弦波和方波。这个主要是指反电动势，这个是由磁钢的充磁方向决定的。在区分马达是否正弦马达输出相两端的端电压，用手拨动马达旋转，如果端电压是正弦波就为正弦波马达，反之为方波马达。目前方波马达的控制技术成熟。正弦波复杂，驱动器控制差不多，未来空间大。但是目前主流仍是方波马达。七、电压，转速，扭矩，功率之间关系①　功率速度扭距转换公式②　详细解释马达的转速与马达扭距之间的关系（从磁场切割的原理解释）③　详细解释马达的极对数，以及虚拟电机，马达电周期与机械周期之间的区别④　马达线圈扎数与马达扭距之间的关系；⑤　马达的电压与转速之间的关系，及马达的电流与转速，效率之间的关系，和如何调速。对于BLDC马达，一般情况下电压越高，转速越高；反之，电压越低马达的转速越低。从这个角度来说，实行调速，可以用PWM调速法。第二个角度讲，定子由硅钢片合成，当线包通过电流，会产生涡流损耗，此涡流的平方和电流平方成正比，随着电流增大而增大，称为铁损，从线包的损耗称为铜损，和涡流的铁损，角度来讲，电流不应过大。当然，电压也不能够无限制的增加，随着电压的升高，一些马达控制逻辑是低压器件，存在电源转换，电压越高，电源转换付出的成本也就越多。另外，电压选择需要依靠外界提供的电能。所以在一个项目中选择马达根据情况酌情处理。八、BLDC如何实行电压调速本项目以三相bldc方波有位置传感器马达为实例，用全硬件的方式来搭建驱动器电路。①三相桥电路的设计：mosfet的选型和设计；mosfet充放电电路的设计；②半桥驱动电路的选型和讲解；③自举充电电路的讲解：如何实现自举电容充电？④半桥驱动前级，复杂逻辑电路如何实现？分以下几个方面：&&&&& ? 如何用全硬件的方式实现马达正转？&&&&& ? 如何实现马达的停止？&&&&& ? 如何实现自取电容的充电？&&&&& ? 如何根据霍尔的逻辑信号来实现马达的换向？&&&&& ? 如何实现马达的调速？九、调试部分1. 霍尔电路的调试2. 数字电路的调试3. 半桥电路的调试4. 充电电路的调试5. 桥式电路的调试6. 马达整机的联调受众群体有哪些？1、如果你还是学生，正厌倦于枯燥的课堂理论课程，想得到电子技术研发的实战经验；2、如果你即将毕业或已经毕业，想积累一些设计研发经验凭此在激烈竞争的就业大军中脱颖而出，找到一份属于自己理想的高薪工作；3、如果你已经工作，却苦恼于技能提升缓慢，在公司得不到加薪和快速升迁；4、如果你厌倦于当前所从事的工作，想快速成为一名电子研发工程师从事令人羡慕的研发类工作。张飞直流无刷电机驱动 & 碎纸机项目实战（包括：第三部办公室碎纸机系统项目，第八部直流无刷电机驱动设计）地址：
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