【正文】 成。不同車(chē)型所對(duì)應(yīng)的控制器因性能不同而各具特點(diǎn)。模擬控制系統(tǒng)中的大量分立元件存在著不可消除的參數(shù)漂移，而且模擬電路排布復(fù)雜、不便于調(diào)試，因此電機(jī)的可靠性穩(wěn)定性受到影響，性能難以高效率發(fā)揮，在現(xiàn)在的電動(dòng)車(chē)控制器中已經(jīng)很少采用了。較為先進(jìn)的DSP還可以提供專(zhuān)用的事件管理模塊用于電機(jī)控制，這樣一來(lái)它在電機(jī)矢量控制以及矩陣變換等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，在一定時(shí)期內(nèi)這類(lèi)控制器還不會(huì)大規(guī)模應(yīng)用于潛力巨大的民用市場(chǎng)。本設(shè)計(jì)的主控芯片采用AT89S52單片機(jī)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)專(zhuān)用集成控制芯片MC33035可以實(shí)現(xiàn)的所有功能，而且更容易對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)升級(jí)拓展。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止[5]。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，低速運(yùn)行時(shí)仍可提供很大的轉(zhuǎn)矩，且驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)主要是振動(dòng)以及噪聲較大。（3）電機(jī)轉(zhuǎn)換效率高，載荷不影響其效率。（7）電機(jī)控制系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。T1~T6為大功率驅(qū)動(dòng)器件。電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò)60o電角度，逆變器就進(jìn)行一次換流，定子的狀態(tài)就改變一次。隔離驅(qū)動(dòng)有電磁隔離和光電隔離兩種方式。同時(shí)脈沖變壓器的體積大，加工復(fù)雜。圖4 驅(qū)動(dòng)芯片IR2103S引腳排列 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理依據(jù) 無(wú)刷直流電機(jī)的控制無(wú)刷直流電機(jī)由于沒(méi)有電刷，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要受到外部驅(qū)動(dòng)電路的控制，可以用編程的方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)的電子換相和無(wú)級(jí)調(diào)速。PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，可將噪聲影響降到最小。外環(huán)是速度回饋控制環(huán)，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的速度值與經(jīng)霍爾傳感器獲得的信號(hào)計(jì)算出的實(shí)際速度值運(yùn)算比較可以得到電流設(shè)定值，實(shí)際對(duì)應(yīng)的為電機(jī)設(shè)定的電壓值。在電機(jī)速度接近預(yù)設(shè)值時(shí)，自動(dòng)減小轉(zhuǎn)矩，避免超調(diào)過(guò)大，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速。使用采樣電阻將流經(jīng)MOS管的實(shí)際電流大小采樣處理后送到單片機(jī)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組的相電流大于程序設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)能夠靈活地調(diào)用子程序進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)整體框圖如圖6所示。再把控制量以PWM的形式輸出給驅(qū)動(dòng)電路，由驅(qū)動(dòng)電路調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓，就調(diào)節(jié)了電機(jī)的電流大小，從而調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩；當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，系統(tǒng)的速度便達(dá)到了給定。因此，不同的速度和負(fù)載，功率管的功率損耗也不同。電源電壓為24V，不能直接給單片機(jī)和一些集成電路供電，因此需要把它轉(zhuǎn)換成符合量程的電壓。電源電路如圖7所示。逆變電路中的開(kāi)關(guān)管均采用大功率的MOSFET管。為了提高系統(tǒng)的效率，減小MOSFET的功率損耗，使功率管開(kāi)關(guān)工作時(shí)的通態(tài)電阻最小，即滿(mǎn)足漏源電壓不小于10V，本系統(tǒng)采用l8V。電流檢測(cè)也是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電流閉環(huán)調(diào)節(jié)的重要保障，一般來(lái)說(shuō)電流檢測(cè)有以下兩種方案：（1）采用集成檢測(cè)模塊。由于直流無(wú)刷電機(jī)本身的控制特點(diǎn)，方案1電路中最少要檢測(cè)任意兩相電流，因此至少需要兩組檢測(cè)模塊，這樣就使成本增加。同時(shí)康銅兩端電壓再送給比較器并與已知電壓比較，比較器的門(mén)限值由電阻分壓得到，一旦超出預(yù)定值便發(fā)出過(guò)流輸出信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出中斷指令，完成過(guò)流保護(hù)[11]。本系統(tǒng)采用霍爾式位置傳感器來(lái)獲取無(wú)刷直流電機(jī)的位置信息。因此，在對(duì)性能和環(huán)境要求一般的永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，霍爾位置傳感器使用較廣泛。由于霍爾傳感器安裝在電機(jī)內(nèi)部，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，同時(shí)電機(jī)的繞組電流變化也會(huì)產(chǎn)生干擾，輸出信號(hào)中會(huì)含有很多雜波，因此需要把雜波濾除。圖11 轉(zhuǎn)把輸入電路當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)自行車(chē)轉(zhuǎn)把處的霍爾手柄時(shí)，輸出的模擬電壓發(fā)生變化，從而控制加到直流電機(jī)的電壓大小，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。如果電路剛上電自檢時(shí)就檢測(cè)到電源電壓低于設(shè)定值，欠壓保護(hù)電路就封鎖PWM波的輸出。正常運(yùn)行時(shí)根據(jù)電機(jī)霍爾位置獲取信息進(jìn)行電子換相，保持電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，電流調(diào)節(jié)算法為PI（比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)）控制算法；外環(huán)為速度環(huán)，速度調(diào)節(jié)算法采用模糊PI閉環(huán)控制算法。初始化部分主要是把系統(tǒng)資源和各變量初始化。第1類(lèi)過(guò)流：當(dāng)前檢測(cè)到的電流值超過(guò)了電機(jī)額定工作電流，但不大于設(shè)定的2類(lèi)電流，比如爬傾角小的坡道或者增大了負(fù)載。單片機(jī)應(yīng)立即禁止PWM波輸出，此時(shí)還需要不斷檢測(cè)電流。是否端口初始化定時(shí)器、A/D初始化子程序初始化中斷初始化使能中斷故障報(bào)警系統(tǒng)自檢事件處理中斷處理開(kāi)始圖12 系統(tǒng)整體流程圖 子模塊設(shè)計(jì) 位置檢測(cè)與換相子程序轉(zhuǎn)子位置的確定主要依靠單片機(jī)獲取來(lái)自霍爾傳感器檢測(cè)到的信號(hào)。當(dāng)電機(jī)速度保持一段時(shí)間后，進(jìn)入閉環(huán)控制程序。電子換相程序流程圖如圖13所示。此時(shí)松開(kāi)調(diào)速手柄，電動(dòng)車(chē)仍然可以按照電機(jī)巡航前的速度運(yùn)行，只有在重新獲取與之前相差超過(guò)設(shè)定值的調(diào)速電壓才會(huì)自動(dòng)退出巡航模式，執(zhí)行新獲取的調(diào)節(jié)信號(hào)[16]。在退出中斷服務(wù)的同時(shí)打開(kāi)系統(tǒng)總中斷，為接收下一次中斷做好準(zhǔn)備。中斷服務(wù)程序流程圖如圖14所示。輸出PWM波占空比的減弱速度決定了剎車(chē)的柔度，減小速度越快，剎車(chē)越急，柔度越硬；減小速度越慢，剎車(chē)越緩，柔度越柔。對(duì)電源電壓進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換之后，欠壓時(shí)欠壓標(biāo)志位置為1，并發(fā)出欠壓警報(bào)；同時(shí)開(kāi)始定時(shí)，欠壓警報(bào)滿(mǎn)5秒之后停機(jī)。如果在相關(guān)設(shè)定范圍內(nèi)，控制器控制電機(jī)車(chē)速主要以不超過(guò)最大電流設(shè)定值為依據(jù)；如果電機(jī)相電流與電機(jī)速度超出相關(guān)范圍時(shí)，即使得到的電機(jī)相電流遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到最大限流設(shè)定值，控制器也對(duì)電機(jī)減小電流，然后再次判斷電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)電流的相關(guān)性；如果仍然不滿(mǎn)足相關(guān)性要求，控制器進(jìn)一步減小電流。如果缺失堵轉(zhuǎn)保護(hù)電路設(shè)計(jì)，控制器很容易因電流過(guò)大而產(chǎn)生大量熱量，從而導(dǎo)致控制器燒毀。當(dāng)系統(tǒng)受到外界突發(fā)干擾時(shí)，軟件需要及時(shí)有效地分析處理故障，并能夠自動(dòng)返回到正確的運(yùn)行狀態(tài)。4. 結(jié)果與分析本設(shè)計(jì)從理論分析、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)總體調(diào)試等方面考慮，逐步實(shí)現(xiàn)了控制器所要完成的各項(xiàng)功能。當(dāng)軟啟動(dòng)結(jié)束，PWM波形正常。結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)符合。圖18 柔性電子剎車(chē)效果圖電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行中，受到外力不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者電子換相異常，會(huì)導(dǎo)致相電流迅速增大，對(duì)電機(jī)造成不可修復(fù)的損傷。綜上所述，該設(shè)計(jì)方案具有實(shí)際可行性，達(dá)到了預(yù)期要求，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。增加了多種保護(hù)功能，使電動(dòng)車(chē)的可靠性大大提高，而且更加人性化。由于時(shí)間以及水平有限，本設(shè)計(jì)提出的解決方案，也存在一些缺點(diǎn)和未深入分析探討的地方。（2）系統(tǒng)全數(shù)字化設(shè)計(jì)。將直流無(wú)刷電機(jī)控制器全數(shù)字化，是比較有前景的研究方向。參考文獻(xiàn)[1] [J].電機(jī)技術(shù),2004(2): 3943.[2] [D].江蘇:江蘇大學(xué),2010.[3] [D].大連:大連理工大學(xué),2006.[4] 萬(wàn)文斌,[J].儀表技術(shù),2009(3): 79. 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