【正文】 I 目 錄 摘要 .................................................................. I ABSTRACT ............................................................ II 第一章 緒論 ......................................................... 1 課題的研究背景及發(fā)展?fàn)顩r ...................................... 1 能源與環(huán)境問題 ........................................... 1 電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 ....................................... 2 功率半導(dǎo)體器件與驅(qū)動電路的發(fā)展 .......................... 2 電機(jī)控制器的發(fā)展 ......................................... 3 電機(jī)控制理論的發(fā)展 ....................................... 3 電動自行車的組成部分及其特點(diǎn) .................................. 4 第二章 關(guān)鍵部件的特性分析 ........................................... 6 蓄電池特性分析 ................................................ 6 電機(jī)特性分析 .................................................. 6 稀土永磁無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ................ 6 無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型分析 .............................. 9 電機(jī)的運(yùn)行特性分析 ...................................... 11 機(jī)械特性和調(diào)速特性分析 ................................. 15 第三章 基于單片機(jī)的系統(tǒng)控制策略研究 ................................. 17 控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成 ........................................... 17 系統(tǒng)主要控制策略概述 ......................................... 18 位置檢測信號處理單元 .................................... 18 電流檢測信號處 理單元 .................................... 18 速度調(diào)節(jié)方案 ............................................ 19 速度檢測方案 ............................................ 22 起動與換相控制方案 ...................................... 23 蓄電池檢測方案 .......................................... 24 驅(qū)動、逆變電路控制方案 ................................. 25 故障檢測與系統(tǒng)保護(hù) ...................................... 26 核心控制器件的選擇 ........................................... 27 II 單片機(jī)概述 .............................................. 27 Atmega8 特性介紹 ........................................ 28 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................. 30 信號檢測電 路設(shè)計 ............................................. 30 位置檢測 ................................................ 30 電流檢測 ................................................ 31 轉(zhuǎn)子位置檢測電路 ........................................ 32 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路 ............................................. 32 測速電路 ................................................ 32 換向調(diào)速電路 ............................................ 32 速度檢測 ................................................ 33 速度給定環(huán)節(jié) ............................................ 34 系統(tǒng)軟件控制 ............................................ 35 三相全橋逆變電路及其功率驅(qū)動的設(shè)計 ........................... 36 PWM 波的控制單元 ............................................. 37 信號的產(chǎn)生 ........................................... 37 PWM 波的輸出控制 ........................................ 39 電池電壓檢測單元 ............................................. 40 系統(tǒng)硬件可靠性設(shè)計 ........................................... 40 電源與集成芯片去藕 ...................................... 40 隔離技術(shù) ................................................ 41 電磁兼容設(shè)計 ............................................ 41 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................................. 42 主程序的設(shè)計 ................................................. 42 各功能模塊的設(shè)計思想 ......................................... 43 位置檢測模塊 ............................................ 43 換相控制模塊 ............................................ 45 A/D 采樣模塊 ............................................ 45 雙閉環(huán)控制模塊 .......................................... 47 軟件的可靠性設(shè)計 ............................................. 49 采用模塊化程序設(shè)計方法 ................................. 49 III 合理安 排中斷 ............................................ 49 程序“跑飛”與“死鎖”的解脫 ........................... 50 第六章 結(jié)束語 ....................................................... 51 參考文獻(xiàn) ............................................................ 52 致謝 ................................................................. 53 I 基于單片機(jī)的電動車速度控制系統(tǒng)研究 摘要 近年來，燃油交通工具因尾氣排放問題已造成了城市空 氣的嚴(yán)重污染。于是發(fā)展綠色交通工具已成為一個重要的課題。 考慮到我國目前的國情，發(fā)展電動自行車具有重要的環(huán)保意義。而且靈活、輕巧、“零排放”、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，將使電動自行車迅速得到普及。 隨著電機(jī)技術(shù)及功率器件性能的不斷提高，電動自行車的控制器發(fā)展迅速。但是目前，市場上大多數(shù)的電動自行車產(chǎn)品均采用低集成度元件控制裝置。其缺點(diǎn)是功能過于簡單，不能充分發(fā)揮系統(tǒng)的潛力及處理一些特殊的控制問題。本課題采用 ATMEL 公司的單片機(jī) ATmega8 作為控制芯片，兼顧成本與性能要求，做了以下方面的工作 : 首先，在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上對系統(tǒng)動力源 — 無刷直流電機(jī)的特性進(jìn)行了研究 。 其次，根據(jù)單片機(jī)的特點(diǎn)詳細(xì)設(shè)計了系統(tǒng)的控制策略 :將電流檢測設(shè)計成分流電阻間接測流 。將調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計為電流、速度雙閉環(huán)控制，以保證調(diào)速的精度和響應(yīng)速度，并在軟件中分別用 PI 算法來實(shí)現(xiàn) 。對于速度的檢測采用了“硬件軟化”的思想 。制定了電機(jī)“軟起動” 控制方案 。采用了高性能的驅(qū)動集成電路 IR2131S來驅(qū)動 MOSFET 組成的全橋逆變電路，驅(qū)動形式為單極性 PWM 調(diào)制 。將 PWM 波的發(fā)生及系統(tǒng)保護(hù)等功能采用主控芯片集中處理，增加了系統(tǒng)的可靠性 。 最后，依據(jù)控制策略設(shè)計了系統(tǒng)軟、硬件，并討論了可靠性設(shè)計問題 。 由此得出結(jié)論 :本課題設(shè)計的基于單片機(jī)的電動車控制系統(tǒng)具有運(yùn)行性能良好，可靠性高、升級換代容易的特點(diǎn)，為后續(xù)的研究工作提供了一定的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 :單片機(jī) 控制系統(tǒng) 無刷直流電機(jī) II Study on the ElectricBike Control System Based on the Microcontroller ABSTRACT In recent years, the waste gas from the gasolineautomobiles has caused severe pollution problems in cities. So, it39。s more and more important to develop the so called greenautomobiles. Considering our country39。s status, to develop the electricbike will be helpful to solve the pollution problem. With the virtues of flexibility, slimness and zero wastegas, electrobike is more and more popular. By enhancing the drivingmotor technology and power devices technology, the control system developed quickly. But nowadays, most of the electricbicycle products in the markets adapt lowintegration degree devices in their control system. The problem is that the function of these devices is too simple to fully ut