【正文】 ,而是采用了一種基于MOSFET管壓降的電流檢測(cè)電路，這種方式即節(jié)約了成本也保證了檢測(cè)精度。在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，這里主控制芯片采用ATMEL公司的ATmega64芯片。摘要在當(dāng)前全球汽車工業(yè)面臨金融危機(jī)和能源環(huán)境問(wèn)題的巨大挑戰(zhàn)的情況下，發(fā)展電動(dòng)汽車，利用無(wú)污染的綠色能源，實(shí)現(xiàn)汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化，推動(dòng)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，在國(guó)際上已經(jīng)形成了廣泛共識(shí)。主要包括硬件電路板的設(shè)計(jì)，以及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件部分的仿真調(diào)試。選用IR公司的IR2110作為驅(qū)動(dòng)芯片，高端輸出驅(qū)動(dòng)電流可到1．9A，能夠提供7個(gè)MOSFET并聯(lián)時(shí)驅(qū)動(dòng)電流。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠很好的運(yùn)行在電動(dòng)汽車上，性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且節(jié)約了成本，使電動(dòng)汽車的性價(jià)比大大提高，有利于電動(dòng)汽車的普及。國(guó)內(nèi)主要汽車制造商對(duì)純電動(dòng)汽車的開(kāi)發(fā)和研制也投入了相當(dāng)?shù)娜肆臀锪Γ⑷〉昧艘欢ǖ某晒?國(guó)外電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀近二十多年來(lái)，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把電動(dòng)汽車的研究開(kāi)發(fā)看是作解決環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題的一種有效手段。德國(guó)政府同9個(gè)主要公司簽訂了一份理解備忘錄，為創(chuàng)建一個(gè)清潔能源城市(柏林)而結(jié)成同盟。而豐田汽車公司在1996年就已成功地研制出燃料電池汽車的生產(chǎn)樣車，并先于其他汽車廠家在1997年開(kāi)始批量生產(chǎn)混合動(dòng)力電池汽車，成為環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域和世界電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)頭羊。本文的主要工作歸納為以下幾點(diǎn)：1． 介紹了他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的控制理論基礎(chǔ)與調(diào)速系統(tǒng)的仿真，為后章系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序整體框架、各任務(wù)模塊程序、中斷服務(wù)程序和抗干擾程序。由于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的可控參數(shù)多，易實(shí)現(xiàn)所需要的人為機(jī)械特性，所以在直流調(diào)速中較多地采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)汽車中一般也是選用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)作為直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。無(wú)論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)機(jī)，只要電樞旋轉(zhuǎn)切割磁通就有電樞電動(dòng)勢(shì)。同樣按直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理可推得直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為： （）式(2．2)中 I（a）——電樞電流(A)；C（t）——轉(zhuǎn)矩常數(shù)。圖中所示的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在電源電壓為額定值U(e)時(shí)，其工作點(diǎn)為e，電動(dòng)機(jī)為額定轉(zhuǎn)速n(e)；當(dāng)電壓降低到U1時(shí)，工作點(diǎn)為A，轉(zhuǎn)速為n(a)；電壓為U2時(shí)，工作點(diǎn)為B，轉(zhuǎn)速為n(b)等。保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電源為額定值，電樞回路不串聯(lián)電阻，通過(guò)減小電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流I(f)，即減弱電動(dòng)機(jī)磁通Φ時(shí)，其機(jī)械特性方程式為： ()從式(2．4)中可看出n(0)隨φ的減弱成反比例增加，而△n隨φ的二次方成反比地增加，若將近飽和額定磁通φ(e)的比例定為l，減弱后其比例也就小于l，平方后其比例是減小，因此n(0)比△n增加得快，即減弱磁通φ后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n將升高，調(diào)速方向是從基速(額定轉(zhuǎn)速n(e))向上調(diào)節(jié)。由于R(a)較小，E(a)稍有減小就能使I(a)增加很多，此時(shí)雖然φ減小了,但它減小的幅度小于I(a)增加的幅度，所以電磁轉(zhuǎn)矩T=c(t) φI(a)還是增大了。帶入電動(dòng)機(jī)輸出的功率公式有該式說(shuō)明了弱磁調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)允許輸出功率為常數(shù)，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)；允許輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比變化，即屬恒功率調(diào)速方式。為滿足電動(dòng)汽車行駛時(shí)能有較寬的速度要求，可把降低電樞電壓和減弱磁通兩種調(diào)速方法合起來(lái)實(shí)用，以獲得低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率的調(diào)速特性。根據(jù)第二章對(duì)他勵(lì)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)提出的性能要求結(jié)合電動(dòng)汽車的操控性要求，設(shè)計(jì)了如圖3．1所示的硬件系統(tǒng)。對(duì)于明確應(yīng)用對(duì)象的系統(tǒng)，選擇功能過(guò)少的控制器，難于完成控制任務(wù)，外圍器件的擴(kuò)展也會(huì)使系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)笨重復(fù)雜從而使精確度降低。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇單片機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：【5】(1)單片機(jī)的基本性能參數(shù)，例如指令執(zhí)行速度，程序存儲(chǔ)器容量，中斷能力及可用I／O口引腳數(shù)量等。(5)芯片工作溫度范圍符合工業(yè)級(jí)、軍品級(jí)還是商業(yè)級(jí)，如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)芯片。(9)供貨渠道是否暢通，價(jià)格是否低廉，是否具有良好的技術(shù)服務(wù)支持。這些存儲(chǔ)器可可擦寫(xiě)1000次以上，新工藝AVR器件，程序存儲(chǔ)器擦寫(xiě)可達(dá)1萬(wàn)次以上，基本不再會(huì)有報(bào)廢品產(chǎn)生。(3)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。AVR的I／O口是真正的I／O口，能正確反映I／O口輸入／輸出的真實(shí)情況。也就是說(shuō)不需要將IC芯片拆下拿到萬(wàn)用編程器上擦寫(xiě)，可直接在電路板上進(jìn)行程序修改、燒錄等操作，方便產(chǎn)品升級(jí)。(6)強(qiáng)大的通訊功能。由上述內(nèi)容可知，ATmega64的處理速度快且功耗低，內(nèi)部自帶的EPROM能夠滿足車輛運(yùn)行曲線參數(shù)的存儲(chǔ)，F(xiàn)OE]的推挽設(shè)計(jì)使抗干擾能力更加增強(qiáng)，在線仿真功能使得程序開(kāi)發(fā)更加簡(jiǎn)單，兩USARTD滿足系統(tǒng)的需要(232和485)，內(nèi)部各種增強(qiáng)功能的設(shè)計(jì)使得控制器外設(shè)更加簡(jiǎn)單。而傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源普遍采用電壓型PWM技術(shù)。此集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。主要的功能模塊包括：?jiǎn)?dòng)電路、反饋電路、保護(hù)電路、整流電路。系統(tǒng)中取R（T）為7．5KΩ，取C，為0．01uf。通常的做法是在功率變換器的直流母線上安裝電流霍爾或電流互感器以提供電流反饋檢測(cè)量。多只元件并聯(lián)工作時(shí)，MOSFET間可以自動(dòng)均流。3．4．2他勵(lì)直流電機(jī)電流檢測(cè)方法他勵(lì)直流電機(jī)控制器要采集的電流信號(hào)是電樞電流信號(hào)和勵(lì)磁電流信號(hào)，電樞電流只有一相，勵(lì)磁電流要采集的信號(hào)有兩相，如圖3．1硬件結(jié)構(gòu)框圖所示，電樞電流采集流過(guò)下橋MOSFET的電流，勵(lì)磁采集流過(guò)H橋下橋MOSFET的電流。電路工作原理：Vlow驅(qū)動(dòng)下橋MOSFET管，當(dāng)Vlow為低電平時(shí)，D2右端也被鉗位為低電平，U1的正向輸入端即為低電平，U1的負(fù)向輸入端為固定電平，此時(shí)U1輸出為低電平，U2輸出也為低電平，經(jīng)過(guò)U3，正反輸入端都為0，所以U3輸出為0。開(kāi)關(guān)管管壓降和電流檢測(cè)電路相關(guān)點(diǎn)的波形分析如圖3．5所示。此外，對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，因此驅(qū)動(dòng)電路對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要的影響。圖3．6為單橋臂的驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。我們需要測(cè)量蓄電池電壓值，在信號(hào)的采樣點(diǎn)的選擇上，我可以選擇鑰匙開(kāi)關(guān)的接口點(diǎn)KEY作為蓄電池電壓的采樣點(diǎn)，為了配合系統(tǒng)的故障檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，選擇B+點(diǎn)作為蓄電池電壓采樣點(diǎn)。3．7溫度檢測(cè)電路在驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的功率電路中利用MOSFET的關(guān)斷與導(dǎo)通來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通過(guò)電阻分壓，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸入微處理器的A／D口。加速信號(hào)處理電路如圖3．9所示。開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)處理電路如圖3．10所示。3．11通訊模塊電路設(shè)計(jì)通訊模塊包括JTAG接口和USART接口。JTAG接口同過(guò)仿真器與PC連接，JTAG接口圖如圖3．12所示：3．12硬件抗干擾的設(shè)計(jì)合格的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)與良好的抗干擾能力。3．13本章小結(jié)本章根據(jù)系統(tǒng)提出的要求，提出了硬件電路總體設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)描述了各硬件模塊的電路實(shí)現(xiàn)。純電動(dòng)汽車的行駛工況分為以下五種：1．啟動(dòng)。5．制動(dòng)。當(dāng)坡度過(guò)大時(shí)，回饋電流將大于動(dòng)力蓄電池最大允許充電電流，這種情況下必須對(duì)充電電流進(jìn)行限制，此時(shí)采用再生制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的制動(dòng)方式來(lái)保證動(dòng)力蓄電池的安全充電及行車安全。4．1．2驅(qū)動(dòng)控制策略在現(xiàn)代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，PID控制是應(yīng)用最廣泛的控制策略。其最大的特點(diǎn)是將專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示為語(yǔ)言控制規(guī)則，并用這些控制規(guī)則去控制系統(tǒng)，這樣它可以不依賴于被控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，能夠克服非線性因素的影響，對(duì)被控制對(duì)象的參數(shù)具有較強(qiáng)的魯棒性。 確定系統(tǒng)中連續(xù)變量e，ec的變化范圍，本系統(tǒng)中速度變化范圍為(O3000r／min)。那么e’和ec’的論域?yàn)椋篹’={7，一6，一5，4，一3，一2，l，0，1，2，3，4，5，6，7}，ec’={7，6，5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5，6，7}。主程序流程圖如圖4．2所示。= ~(1x)define pin(x,PIN) (PIN) amp。 // pins PB2 amp。 while(1)。為了提高測(cè)速的實(shí)時(shí)性，測(cè)速處理程序作為定時(shí)器中斷的中斷服務(wù)程序來(lái)處理，詳細(xì)的測(cè)速處理程序流程圖如圖4．12所示。在老師的幫助下，通過(guò)本課題的研究，取得了以下成果：(1)完成了系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，包括開(kāi)關(guān)電源模塊、電流檢測(cè)模塊、串口通信模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊等。(2)進(jìn)行了軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。并將模糊PID算法融入程序，使得本電動(dòng)汽車的加速性能和續(xù)航里程大大提