【正文】 designing the software and hardware of the system based on the control strategy.Keywords: Rare Earth BrushlessDCmotor AVR Control System PWM目 錄第 1 章 緒 論 .................................................... 1 課題的研究背景與發(fā)展?fàn)顩r ................................... 1 電動(dòng)車的發(fā)展?fàn)顩r ........................................... 2 電動(dòng)車的種類 ........................................... 2 電動(dòng)自行車的發(fā)展前景 ................................... 3 電動(dòng)自行車主要部件的發(fā)展?fàn)顩r ............................... 4 電動(dòng)自行車電機(jī)的發(fā)展 ................................... 5 電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展 ..................................... 6 電池技術(shù)的發(fā)展 ......................................... 7 第 2 章 關(guān)鍵部分特性分析 .......................................... 9 稀土永磁無刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 ................... 9 直流無刷電動(dòng)機(jī)的原理框圖 ............................... 9 電機(jī)的運(yùn)行特性分析 ........................................ 14 起動(dòng)特性 .............................................. 15 電動(dòng)運(yùn)行特性 .......................................... 15 制動(dòng)特性 .............................................. 17 機(jī)械特性和調(diào)速特性分析 ................................ 18 控制系統(tǒng)的整體構(gòu)成 ........................................ 19 位置檢測信號(hào)處理單元 ...................................... 21 電流檢測信號(hào)處理單元 ...................................... 21 電機(jī)調(diào)速方案 .............................................. 22 驅(qū)動(dòng)、逆變電路控制方案 .................................... 25 故障檢測與系統(tǒng)保護(hù) ........................................ 26 核心控制期間的選擇 ........................................ 27 本章小結(jié) ................................................. 28 第 3 章 硬件系統(tǒng)概述 ............................................. 29 控制系統(tǒng)組成 .............................................. 29 核心為處理器 ATmega16.................................. 30 控制電源電路設(shè)計(jì) ...................................... 32 信號(hào)檢測電路設(shè)計(jì) ...................................... 32 三相全橋逆變電路及其功率驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) .................... 34 PWM 波的控制單元 ....................................... 37 速度給定環(huán)節(jié) .......................................... 39 電池電壓檢測單元 ...................................... 40 系統(tǒng)硬件可靠性設(shè)計(jì) ........................................ 40 電源與集成芯片去耦 .................................... 40 電磁兼容設(shè)計(jì) .......................................... 41 本章小結(jié) .................................................. 41 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ............................................. 42 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 .......................................... 42 主程序的設(shè)計(jì) .............................................. 43 各功能模塊的設(shè)計(jì)思想 ...................................... 45 位置檢測模塊 .......................................... 45 幻想控制模塊 .......................................... 45 A/D 采樣模塊 ........................................... 47 雙閉環(huán)控制模塊 ........................................ 48 軟件的可靠性設(shè)計(jì) .......................................... 51 采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法 ................................ 51 合理安排中斷 .......................................... 51 程序“跑飛”與“死鎖”的解脫 .......................... 52 本章小結(jié) .............................................. 52 總 結(jié) ........................................................... 53 致 謝 ........................................................... 54 參考文獻(xiàn) ......................................................... 55 附錄 1：電動(dòng)自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖 ................................. 57 第 1 章 緒 論 課題的研究背景與發(fā)展?fàn)顩r 二十一世紀(jì)是“綠色環(huán)?！钡氖兰o(jì)，環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約問題已成為新世紀(jì)最為突出的兩大主題,而汽車行業(yè)與這兩大主題都息息相關(guān)，所以汽車產(chǎn)業(yè)無疑要發(fā)生新的革命。s current situation, the electric bike will soon be universal.The issue uses AVR MCU ATmgea16 of ATMEL Company as the controller, taking into account of the cost and performance requirements, doing the following work:First reviewing the electric bicycle and rare earth brushless DC motor development at home and abroad, basing on the characteristics of its application, taking into a prehensive account the type of motor, control strategy, power converter and the control of the core A drive system solutions is proposed for this situation rare earth brushless DC motor.Secondly, according to the characteristics of AVR microcontroller，I designed the system control strategy detailed: current detection shunt resistor designed to indirectly measure the flow。本課題采用 ATMEL 公司 AVR 系列單片機(jī) ATmgea16 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，綜述了電動(dòng)自行車和稀土無刷直流電機(jī)的國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r，基于其應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)電機(jī)的類型、控制策略、功率變換器與控制核心進(jìn)行了綜合的考慮，提出了適合此情況的稀土無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)方案。摘 要 隨著社會(huì)文明的發(fā)展，科學(xué)的進(jìn)步，人類物質(zhì)文化生活水平的提高和環(huán)保、能源意識(shí)的增強(qiáng)，社會(huì)呼喚著一種無污染、噪聲低、操作簡單、速度適中的個(gè)人交通代步工具。其次，根據(jù) AVR 單片機(jī)的特點(diǎn)詳細(xì)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的控制策略：將電流檢測設(shè)計(jì)成分流電阻間接測流；將調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)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)；制定了電機(jī)“軟起動(dòng)”控制方案；采用了高性能的驅(qū)動(dòng)集成電路 IR2130 來驅(qū)動(dòng) MOFSET 組成的全橋逆變電路；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。 speed control system designed for current, velocity, doubleloop control to ensure the accuracy and speed of response speed, and PI was used in the software algorithm to achieve 。隨著工業(yè)化和城市化的推進(jìn)，汽車廢氣排放及對(duì)石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境、能源問題也日益嚴(yán)重，已經(jīng)引起了世界各國的普遍重視。 保護(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境，珍惜地球上有限的石油資源是擺在人們面前迫切需要解決的兩個(gè)重大課題，傳統(tǒng)燃油汽車在這兩個(gè)問題上與人們的愿望正好背道而馳。而且汽車廢氣排放出的氮氧化物與碳?xì)浠衔镌谧贤饩€的作用下，易形成高毒性的光化學(xué)煙霧，污染我們賴以生存的自然環(huán)境，直接危害人體健康，城市空氣污染情況日趨嚴(yán)重，控制汽車廢氣污染已成為環(huán)保部門的嚴(yán)峻課題。隨著日新月異的技術(shù)進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，21 世紀(jì)必將成為電動(dòng)車全面發(fā)展的世紀(jì) 。但是石油價(jià)格在 20 世紀(jì) 70 年代末開始下跌,電動(dòng)汽車的商業(yè)化失去了動(dòng)力,電動(dòng)汽車的發(fā)展走入低谷。 電動(dòng)車的種類電動(dòng)車分類電動(dòng)車按類型分可分為：電動(dòng)自行車（如圖 11） ，電動(dòng)摩托車（如圖12） ，電動(dòng)汽車(如圖 13)。但是有部分相關(guān)技術(shù)水平還存在一定問題，市場的孕育還未完全進(jìn)入良性循環(huán)，有待進(jìn)一步改善 。據(jù)北京一家電動(dòng)自行車銷售中心反饋的信息顯示：該銷售中心每天電動(dòng)自行車的銷售量可達(dá) 100 輛，到了周末日平均銷售量可達(dá) 200 輛，而這樣的銷售中心在北京有好幾十家。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)計(jì)最高時(shí)速、空車質(zhì)量、外形尺寸的相關(guān)規(guī)定，電動(dòng)自行車歸屬非機(jī)動(dòng)車管理范疇，應(yīng)同時(shí)具備以下 5 個(gè)特征：必須具備腳踏行駛功能，蓄電池只作為輔助能源；必須具備兩個(gè)車輪；設(shè)計(jì)車速不大于 20 公里/小時(shí)；整車重量不大于 40 公斤；輪胎寬度（胎內(nèi)）不大于54 毫米。為使電動(dòng)自行車有良好的使用性能，驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)具有寬調(diào)速范圍、高轉(zhuǎn)速和足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)電機(jī)的換向方式，直流電機(jī)可分為機(jī)械換向的有刷直流電機(jī)和電子換向的無刷直流電機(jī)。從電機(jī)本身的價(jià)格來說，無刷直流電機(jī)由于沒有電刷和換向器,成本應(yīng)低于有刷直流電機(jī)，無刷機(jī)控制器由于使用的功率管要多于有刷結(jié)構(gòu)，故成本價(jià)格應(yīng)相差不多。稀土永磁無刷直流電機(jī)是近 20 年發(fā)展起來的一類電機(jī)，由于電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)，微機(jī)和稀土永磁材料的發(fā)展為無刷直流電機(jī)的研究奠定了基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)也變得簡單，并且節(jié)省了空間使其磁場損失也得到了減少。本文所研究的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)便是采用直接驅(qū)動(dòng)的無刷直流電機(jī)。因此現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)離不開功率器件和電機(jī)控