【正文】 2 章 電動(dòng)自行車 控制器的 控制策略 調(diào)速是電動(dòng)自行車的重要功能之一，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都以調(diào)速為中心。 第 5 章：系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。主要介紹 電動(dòng)自行車控制器樣機(jī)的硬件電路 的 設(shè)計(jì)。介紹課題研究的意義， 無刷直流電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 等。 數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng)采用數(shù)字電路、單片機(jī)以及數(shù)字信號(hào)處理器（ DSP）構(gòu)成硬件系統(tǒng)，控制規(guī)律由硬件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向軟件實(shí)現(xiàn)。 研究電動(dòng)自行車最終是為了緩解能源壓力，改善環(huán)境和為人們提供一種靈活出行的交通工具。就電力驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的功率等級(jí)和需要考慮的因素來講，電動(dòng)汽車與小型兩輪電動(dòng)車有著一定的差異，然而從電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中具體構(gòu)成來講，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、使用的電機(jī)以及電機(jī)對(duì)應(yīng)的控制方式，二者基本一致，彼此的技術(shù)可以相互借鑒。尋找一種高效、環(huán)保的新能源迫在眉睫。BLDCM。軟件設(shè)計(jì)采用“時(shí)間片”分時(shí)思想和模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)控制需求編寫了各個(gè)模塊程序。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 課 題 名 稱 基 于單片機(jī)的 電 動(dòng)自行車 控制器的 設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 sbb 學(xué) 號(hào) 0540827067 系、年級(jí)專業(yè) 信息工程系、 2020 級(jí)電子信息工程 指 導(dǎo) 教 師 ddd 職 稱 助 教 2020 年 5 月 18 日邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 近年來，隨著人們的生活水平和環(huán)保意識(shí)的提高，電動(dòng)自行車得到了日益廣泛的發(fā)展 。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)自行車；無刷直流電動(dòng)機(jī)； 控制系統(tǒng)；單片機(jī) 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Recent years,with the improvement of people39。Control System。其中尋找一種能替代石油的新型能源更是重中之重。由于蓄電技術(shù)沒有獲得實(shí)質(zhì)性的突破，目前的蓄電技術(shù)還僅適用于小型兩輪電動(dòng)車，小型兩輪車輛在當(dāng)今全球占據(jù)絕大多數(shù)，有著廣大的用戶，因此無論從目前的技術(shù)條件還是從市場(chǎng)來講，對(duì)小型兩輪電動(dòng)車進(jìn)行研究都有非常便利的條件，容易較快地取得有效的技術(shù)進(jìn)步，而且取得的成果對(duì)今后電動(dòng)汽車的研究也有著重要的參考價(jià)值。 電動(dòng)自行車控制器的研究現(xiàn)狀 電動(dòng)自行車控制器 [2]的主要形式有：分立元件加少量集成電路構(gòu)成的模擬控制系統(tǒng)、基于專用集成電路的控制系統(tǒng)、以微型計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的數(shù)?；旌峡刂葡到y(tǒng)和全數(shù)字控制系統(tǒng)。控制靈活、功能擴(kuò)展方便且易實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制 算法 [3]。 第 2 章：電動(dòng)自行車 控制器的 控制策略。按照硬件電路的結(jié)構(gòu)和組成，分別對(duì)系統(tǒng)相關(guān)電路的原理與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真 。無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制特性如下 [4~8] () 式中， U0 為電樞電壓 (V)； Ia 為電樞電流 (A)； Ra 為電樞內(nèi)阻 (Ω )； Ke 為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)， Ke=Ea∕ n。電樞電壓控制法是在保持勵(lì)磁磁通不變的情況下，通過調(diào)整電樞電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 脈寬調(diào)速原理 PWM(Pulse Width Mulation)脈寬調(diào)速，是指通過改變開關(guān)器件的通斷時(shí)間，來改變電樞兩端的平均電壓，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式 。改變控制脈沖寬度，從而改變電機(jī)繞組輸入端平均電壓，達(dá)到調(diào)速目的。按偏差的比例、積分和微分線性組合進(jìn)行控制的方式，就是著名的 PID 控制 。 微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì) (變化速率 )，并在偏差信號(hào)值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。 積分控制的優(yōu)點(diǎn)是：它對(duì)誤差進(jìn)行記憶并積分，有利于消除靜差。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 速度電流雙閉環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)是最典型的調(diào)速系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)的速度和電流分別由兩個(gè)獨(dú)立的調(diào)節(jié)器分別控制，速度調(diào)節(jié)器的輸出就是電流調(diào)節(jié)器的給定，因此電流環(huán)能夠隨轉(zhuǎn)速的偏差調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞的電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和輸出達(dá)到限幅值時(shí)，電流環(huán)即以最大電流實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的加速，使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間最短，在可逆調(diào)速系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的快速制動(dòng) [10]。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定 [11]。對(duì)于 PI 調(diào)節(jié)器的系 數(shù)的確定一直是 PI 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)問題，需先通過仿真實(shí)驗(yàn)確定其大致范圍，然后通過實(shí)驗(yàn)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，不斷進(jìn)行的修正達(dá)到系數(shù)的最優(yōu)化。其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上各相繞組。 單片機(jī)為控制核心，根據(jù)輸入的信號(hào)運(yùn)行控制算法控制電機(jī)的運(yùn)行。 AT89C51（以下簡(jiǎn)稱 89C51）將具有多種功能的 8 位CPU 與 FPEROM 結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多 嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又便宜的方案，其性能價(jià)格比遠(yuǎn)高于 8751。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 在本文中使用它來完成設(shè)計(jì)。+15V 作為功率驅(qū)動(dòng)電路的電源， +5V 作為單片機(jī)及其他控制電路的電源。 R12 R127 的作用為限流、降壓，使LM317 的輸入輸出之間的電壓差不致太高，減小器件本身的功耗。 功率驅(qū)動(dòng)電路 功率驅(qū)動(dòng)電路由 分立元件構(gòu)成，具有功率放大、自舉升壓、硬件互鎖、過流快速切斷的功能。這三種方法的對(duì)比如表 所示。 圖中位置傳感器為電機(jī)內(nèi)置的三個(gè)霍爾傳感器，根據(jù)其安裝位置的不同可分為60176。 電機(jī)中沒有。 圖 手把電壓輸入電路 剎車輸入電路 剎車輸入電路如圖 所示。同時(shí)軟件檢測(cè)到 I/O電平為低時(shí)，判定為有剎車信號(hào)。若為假則等待換相更新標(biāo)志在 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷子程序中置為真。 if(PWM_REQ==1) { PWM_REQ=0。 初始化程序如下： void Reset_Initial(void) //上電初始化程序 { P1M1=0x3c。 P1=0xc0。 P0=3。 TH0=0Xba。 TMOD=0x22。 // enable timer0 interrupt TR0=1。 PWMPH=0X01。 PWM1H=2。 PWM3H=2。 // 打開 ADC 電路 EADC=1。 ADC_Point=0。 ADC_SUM2=0。 PWM_MAX_L=0。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 DS_Flag=0。 //設(shè)置程序開始運(yùn)行標(biāo)志，超靜音用 PG_start=1。=0xef。 while(P02==0) { PWM1H=0。PWM2L=0。 Vstep=Vstep2。AT=0。AT=0。CT=0。CT=0。CT=0。AT=0。定時(shí)中斷服務(wù)程序一方面接受外部輸入的按鍵操作信號(hào)，執(zhí)行各個(gè)功能模塊，例如，按下巡航按鍵，電動(dòng)自行車進(jìn)入巡航模式，按下剎車按鍵，進(jìn)入柔性電子剎車模式；另一方面根據(jù)檢測(cè)得到的電壓、電流值，當(dāng)電源電壓低于某個(gè)值時(shí)進(jìn)入欠壓保護(hù)，當(dāng)電流高于某個(gè)值時(shí)，進(jìn)入過流保護(hù)。在 AD中斷服務(wù)程序中，根據(jù)電源電壓、相電流和手把電壓的速度要求，采用不同的采樣速度，相電流的采樣速度最快，手把電壓次之，電源電壓最慢。 （ 1） 定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序 定時(shí)器 1 中斷服務(wù)程序 如下： void T1M1_ISR(void) interrupt 3 { AH_TM++。 if(KS_TM3) { KS_TM=0。 if(CJY_CNTCYJ_TM) { 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 CJY_CNT=0。 PWM_REQ=1。 TB_ACH1=10。 } ADC_Volt()。} ADCCONamp。 ADCCONamp。0xc0。 DZ_T1=ADC_SUM_tmp0x50。 } 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 } DZ_T1=ADC_SUM_tmp0x100。一般的控制器都只有一種巡航模式，本系統(tǒng)把兩種巡航模式綜合在一起，操作更加方便。 KS_ADCSUM2=ADC_SUM2。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 KS_ADCSUM2=ADC_SUM2。 DS_Flag=1。 if(ZB_Z2==1) { DS_CNT=0。 } } else { 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 if(ZB_Z1==1) { ZB_Z2=1。本設(shè)計(jì)采用中值濾波法，即連續(xù)采樣 6 個(gè)數(shù)據(jù)，去除最大最小值，然后把剩下的 4個(gè)數(shù)據(jù)求平均值，所得的值就是此次轉(zhuǎn)換的最終數(shù)據(jù)。 ADC_SUM3=ttmp。 } if(ADC_SUM30x9c0) { PowerOff=1。 } Vstep=0。 Volt_L=0x20。 } } 軟件可靠性的設(shè)計(jì) 軟件的可 靠性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是很重要的。模塊化設(shè)計(jì)使子程序之間沒有相互等待的依賴關(guān)系，也大大減輕了程序的死鎖可能性。只要在程序初始化時(shí)使能“看門狗”，它就周而復(fù)始的運(yùn)行，不過，要在正常的程序代碼的合適位置，插入一段復(fù)位“看門狗”的指令，這樣系統(tǒng)既不會(huì)由于死鎖而無法解脫，也不會(huì)使正常運(yùn)行的程序被打斷。掌握這一軟件的使用對(duì)于使用 51 系列單片機(jī)的愛好者來說是十分必要的 。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。 ③ AT89C51： 單片機(jī)。 ⑦ POTHG： 滑動(dòng)變阻器。 圖 PWM 波形圖邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 6 章 總結(jié)和展望 總結(jié) 通過本文的分析與研究可以看出，基于單片機(jī)技術(shù)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案能夠以較小的系統(tǒng)投入實(shí)現(xiàn)整個(gè)電動(dòng)自行車的控制問題。 （ 2） 提出了系統(tǒng)控制及保護(hù)方面的功能要求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略 。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 參考文獻(xiàn) [1]唐蘇亞 .自行車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 .電機(jī)技術(shù) .2020， (2)： 2934. 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