【正文】 Q? 式中 Q的單位為 (Ah)。 模塊化編程 :完全實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)所有的技術(shù)指標(biāo)需要大量而有效的程序來實(shí)現(xiàn)，煩瑣的程序需要采用模塊化編程的方法，即將一個(gè)大的程序分成若干小的模塊，各個(gè)模塊保持相對的獨(dú)立性，模塊之間只靠少量的出入口參數(shù)相聯(lián)系。 (4) 自檢功能 : 當(dāng)轉(zhuǎn)把不在零位、剎把處于剎車狀態(tài)下，或轉(zhuǎn)把、剎把工作正常，但助力傳感器信號出錯(cuò)時(shí)，打開電鎖，此時(shí)電動(dòng)車進(jìn)入自檢模式，轉(zhuǎn)把擰得角度越大，欠壓燈閃 的頻率無刷育流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)越快 。為了防止在初始化 的過程中，中斷的意外到來，應(yīng)在主程序的開始處先關(guān)閉全局中斷。 在電動(dòng)模式下，單片機(jī)采集轉(zhuǎn)把電壓信息，控制輸出的 PWM信號的占空比 。第二級中斷源不僅受全局中斷屏蔽位和各自中斷屏蔽位的 控制，還要額外受到一個(gè)外設(shè)中斷屏蔽位 PEIE的控制 PIC單片機(jī)只有一個(gè)中斷向量，沒有中斷優(yōu)先級別之分，也沒有類似 51系列、 AVR系列單片機(jī)的 PUSH和 POP指令 .當(dāng)總中斷允許位 GIE有效時(shí)，任何一個(gè)中斷標(biāo)志位有效都會將 PC指針指向中斷向量 0004H處 .因此中斷處理一般分為以下幾步 : (1) 保存臨時(shí)寄存器 W、狀態(tài)寄存器 STATUS、指針寄存器 PCLATH的值 。這時(shí)，應(yīng)通過將中斷使能位 TMR2清 0，把 TMR2的中斷功能屏蔽掉，同時(shí)也把后分頻器的作用屏蔽掉 。 (3) TMR2:控制自檢模式下 LED SPEED閃爍的頻率 。通過定義 AD控制寄存器 1的 A/D轉(zhuǎn)換引腳功能選擇位可以分配模擬和數(shù)字通道。 采用的算法如下 :每輪進(jìn)行 8次采樣，第一次采樣值存入一備份寄存器 XX_TMP, 接下來每次采樣得到的值存入 ADC_RES，采樣結(jié)果應(yīng)該滿足下述算法 : ① ADC_RES內(nèi)的值應(yīng)大于 0X03，否則認(rèn)為無效； ② ADC_RES應(yīng)小于 251(即 2554)，否則認(rèn)為無效； ③ XX_TMP應(yīng)大于 (ADC_RES3) ，否則認(rèn)為無效； ④ XX_TMP應(yīng)小于 (ADC_RES+4)，否則 認(rèn)為無效。 當(dāng) CCP工作于 PWM模式時(shí)， CCP引腳可以輸出分辨率達(dá) 10位的 PWM信號波形。Tosc為 系統(tǒng)時(shí)鐘周期 。 Ta,Tb,Tc,Ba,Bb,Bc輸出信號 。因此，在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，必須首先對式 ，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)微分方程，此時(shí)積分項(xiàng)和微分項(xiàng)可用求和及增量式表示 : 第 25 頁 共 32 頁 ? ?? ? ???? nj njn jETtjEdtte 0 00 )()()( () T kEkEt kEkdt tde )1()()1()( ???? ?????? () 將式 、式 ，則可得離散的 PID表達(dá)式 : )]}1()]([)()({)( 0 ????? ?? kEkETjETkEkP kj DlpTTK () 式中， 采樣周期，必須使 T足夠小，才能保證系統(tǒng)有一定的精度 。與開環(huán)控制相第 26 頁 共 32 頁 比速度控制閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性有以下優(yōu)越性 :閉環(huán)系統(tǒng)的機(jī)械特性與開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性相比，其性能大大提高，理想空載轉(zhuǎn)速相同時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率 (額定負(fù)載時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速降落與理想空載轉(zhuǎn)速 之比 )要小得多。本程序設(shè)置 SPEED COUNT為速度環(huán)的計(jì)數(shù)器，進(jìn)入 AD中斷之后，首先判斷延時(shí)是否已到，如果延時(shí)到，調(diào)用 PI子程序，同時(shí)計(jì)數(shù)器清 。 a相頂端驅(qū)動(dòng)電路，測試 a相頂端驅(qū)動(dòng)輸出 。 安裝場效應(yīng)驅(qū)動(dòng)器件 。 5. 系統(tǒng)調(diào)制與實(shí)驗(yàn)結(jié)論 系統(tǒng)硬件調(diào)試 硬件電路的安裝與調(diào)試過程應(yīng)按照模塊進(jìn)行，安裝和測試步驟為 : 相對 15V電源部分，測試輸出電壓，為 36V15V=21V。 (3)其輸出限幅值決定允許的最大電流。 由式 ，要計(jì)算第 k次輸出值 P(k)，只要知道 P(k1)， E(k)， E(k1)， E(k2)即可，比式 。TD為調(diào)節(jié)器的微分時(shí)間。 Ba,Bb,Bc下橋臂控制信號 。TMR2預(yù)分頻比可以是 1, 4或16,PWM信號的脈沖寬度預(yù)定值，可以通過寫入 10位脈寬寄存器來設(shè)定。 表 電源電壓 數(shù)字量 電池電量 1級變 196 電池電量 2級 188 電池電量 3級 177 電池電量 4級 169 入口 ,通道號 初始化 ADC 延時(shí)等待 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 返回 ,讀通道結(jié)果 第 23 頁 共 32 頁 表 (SP)轉(zhuǎn)換數(shù)值表 轉(zhuǎn)把電壓 0V 5V 數(shù)字量 0 56 132 169 255 PWM(脈沖寬度調(diào)制 ) PIC16F72系列單片機(jī)配有輸入捕捉 /輸出比較 /脈沖寬度調(diào)制 CCP模塊。為了消除輸入模擬量上的噪聲所帶來的偏差，需要在 A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道中加入阻容 RC濾波電路。每次 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)都將把采樣后經(jīng)過轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的存儲單元，供其他子程序調(diào)用， AD轉(zhuǎn)換子程序，如圖 。用于模式轉(zhuǎn)換按鍵的時(shí)間判斷 。 (2) TMR1:16位寬，有一個(gè)可編程的預(yù)分頻器和一個(gè)可選的低頻時(shí)基振蕩器 .適合與CCP 捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 )模塊配合使用來實(shí)現(xiàn)輸入捕捉或輸出比較功能。所有中斷源都受全局中斷屏蔽位 (也可以稱為總屏蔽位 )C正的控制 。否則，判斷是否有剎車信號，如沒有，進(jìn)入判斷模式及模式功能處理函數(shù) :如果有，則停機(jī)，等待剎車結(jié)束信號。中斷設(shè)置 。 (3) 定速模式 : 打開電鎖，在電動(dòng)車進(jìn)入電動(dòng)模式下，按住模式轉(zhuǎn)換按鈕保持 23秒鐘不動(dòng)，電動(dòng)車由電動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到定速模式，此時(shí)前儀表板電動(dòng)指示燈滅，定速模式指示燈點(diǎn)亮，電動(dòng)車將保持現(xiàn)有的固定速度運(yùn)行，再次按動(dòng)模式按鈕或剎車，則電動(dòng)車退出定速模式回到電動(dòng)模式 。 為了使得采集的數(shù)據(jù)更精確，電動(dòng)車助力輪上裝有 5個(gè)感應(yīng)鐵塊，所以 助力輪轉(zhuǎn)一圈，助力傳感器會按照上述規(guī)律送出 5組信號 .利用 PIC單片機(jī)的普通 I/O口和定時(shí)器 TO加以配合，檢測高低電平的時(shí)間，從而確定相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，給出對應(yīng)的助力 。 .ICTest voctor.ICP C B.ICTest voctor.I CC 2 11 03C 2 41 05C 2 21 03C 3 61 05C 2 31 05R 5 01 0kR 4 751R 1 31 .5 KR 4 81 0KR 4 95 10R 4 61KD?D I O D E111013123U ? AL M 3 39C 2 51 04DZ2 0VT R I G2OUT3R S T4C V o l t5T H R6D I S7V C C8GND1U5N E 55 5OUTR 1 31 .5 K+ 12+ 36+ 36+ 12+ 36D41 N 41 4 8D31 N 41 4 8+ 51k B U kT P 1 圖 振蕩倍壓電路和純硬件保護(hù)電路 速度控制電路 123J2C O N 312J3C O N 2123J1C O N 3C 1 51 04R 1 41 .5 KR91 .5 KR 3 1R 1 21KV C CV C C 其他 蓄電池檢測方案 電動(dòng)自行車在使用過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測蓄電池的容量情況將給用戶帶來很大的方便，它能提供蓄電池的電能大約能夠使車輛行駛多少里程，蓄電池是否需要充電等信息。 IN1OUT3GND2U6L M 7 81 2 C T ( 3)I N ( T A B )2OUT3GND1U4L M 7 91 5 C T ( 3)C 3 31 04C 1 81 04C 1 91 04C 2 01 04C 3 41 04C 3 51 04R 1 41 .5 KR 4 52 .4 K.ICP C B .I C.I CP C B .I C+ 36 + 36+ 36 + 36+ 21+ 12+ 12+ 36 圖 +21V和 +12V電源電路 振蕩倍壓 和 硬件保護(hù)電路 （ 1）硬件保護(hù)電路 為了增加控制系統(tǒng)的可靠性和安全性，設(shè)計(jì)了純硬件制動(dòng)保護(hù)電路，如圖 示。 以 A相為例，頂端驅(qū)動(dòng)，當(dāng) LM339的 2口輸出為低時(shí)， 12腳 正端接地，使得 Ql基極電壓為 22VQl開通，電流流過 R19，電流方向?yàn)樽笳邑?fù) (從而保證 Ql開通時(shí) Q2關(guān)斷 )， VF1柵極電壓為 50V左右，源極電壓為 36V左右， VF1開通 。 當(dāng)某相頂端驅(qū)動(dòng)電路有效時(shí) ，場效應(yīng)器件 VF1(或 VF3,V F5)的柵極電壓不低于46V，才能保證場效應(yīng)管的充分導(dǎo)通 .導(dǎo)通后， X1(或 X2, X3電壓與電池電壓相同 )。 本設(shè)計(jì)中逆變器上下橋臂都采用 N溝道 MOSFET管， 如圖 。 根據(jù)上述功能，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件框圖 。 3. 無刷直流電 機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì) 無刷直流電機(jī)控制器在控制方式上主要有以專用集成芯片、單片機(jī)和 DSP芯片控制三種方式。它被 越來越廣泛的應(yīng)用在各種功率的調(diào)速系統(tǒng)中。 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)由霍爾傳感器感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置，決定開啟或關(guān)閉逆變器中功率晶體管的順序來控制，如圖 ，逆變器中的 AH, BH, CH(上橋臂功率晶體管 ) 及 AL, BL, CL(下橋臂功率晶體管 )，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈，產(chǎn)生順向或逆向旋轉(zhuǎn) 磁場，并與轉(zhuǎn)子磁鐵產(chǎn)生的磁場相互作用，使電機(jī)順向或逆向轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. 無刷電機(jī)控制系統(tǒng)分析 三相無刷直流電機(jī)星形連接全橋驅(qū)動(dòng)原理 無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)的影響，在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 ③ 通過對 PIC單片機(jī)編程，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車電動(dòng)、定速和助力三種工作模式 。 最大輸出功率 360W。 電動(dòng)自行車作為自行車史上具有革命性的交通工具，在給人們生活帶來方便的同時(shí)，也對整個(gè)社會的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了積極的影響。 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)，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)。中國自行車協(xié)會理事長王鳳和指出，作為綠色環(huán)保產(chǎn)品，電動(dòng)自行車的發(fā)展全國不平衡，其中江浙滬地區(qū)占了總額的 80％，以旅游城市杭州為例， 2021年電動(dòng)自行車保有量為 40萬輛，而自行車為 100萬輛，已經(jīng)占到 40％。 電動(dòng)自行車介紹及發(fā)展前景 電動(dòng)自行車概況 電動(dòng)自行車一般分為兩類，一種是 零啟動(dòng)電動(dòng)自行車 ，一般稱為電動(dòng)自行車，這種電動(dòng)自行車盡管有腳踏騎行功能但可以完全靠電動(dòng)騎行。無刷 直 流 電機(jī)具有最優(yōu)越的調(diào)速性能，主要表現(xiàn)在 :調(diào)速方便 (可無級調(diào)速 )，調(diào)速范圍寬，低速性能好 (啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小 )，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高，應(yīng)用場合從工業(yè)到民用極其廣泛。保護(hù)功能較完善、硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，具有升級空間，便于用戶二次開發(fā)。I 本 科 生 畢 業(yè) 論 文 題 目： 單片機(jī)控制的無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)年級： 電子信息 科學(xué)與技術(shù)（ 2021 級 ） 目錄 摘要 ........................................................................................................................................ 1 ABSTRACT ................................................................................................................................. 2 1. 概論 ................................................................................................................................... 3 無刷直流電機(jī)的現(xiàn)狀 ........................................