【正文】 度電角度后，換相到 VF1VF2VF3 通電，這時(shí)電流分別從 VF1 和 VF3 流入，經(jīng) A和 B相繞組再流入 C相繞組，經(jīng) VF2 流出。這時(shí)相當(dāng)于 A、 B兩繞組并聯(lián)，合成轉(zhuǎn)矩為 A相轉(zhuǎn)矩的 3 倍。 圖 電動(dòng)車(chē)電氣控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 1． 電源系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)所有芯片，用 電部件的電源分配，在功耗小，對(duì)電源穩(wěn)定度、紋波要求苛刻的地方應(yīng)使用線(xiàn)性穩(wěn)壓器；而在功耗大，如電力驅(qū)動(dòng)主電路，背光等，則使用直流斬波方式的開(kāi)關(guān)電源；充分考電磁兼容性，對(duì)噪聲源和抗干能力弱的部件加以區(qū)分，獨(dú)立使用電源，并分別加入濾波器。 2%； 2us 轉(zhuǎn)換時(shí)間 的主時(shí)鐘開(kāi)關(guān) ，切換靈活方便， 易于構(gòu)建低功耗系統(tǒng)； 2． 中斷管理 : 帶有 32 個(gè)中斷的嵌套中斷控制器 , 6個(gè)外部中斷向量，最多 37 個(gè)外部中斷 ,可以設(shè)置成上升 /下降沿觸發(fā)； 3． 定時(shí)器 ： 2個(gè) 16位通用定時(shí)器，帶有 2+3 個(gè) CAPCOM 通道 (IC、 OC 或 PWM)， 16位高級(jí)控制定時(shí)器， 4 個(gè) CAPCOM 通道， 3 個(gè)互補(bǔ)輸出，死區(qū)插入和靈活的同步 , 具有 針對(duì)馬達(dá)控制的六步 PWM 輸出 。 5． 按鍵輸入：充分利用芯片 GPIO的上拉 /推挽 /輸入 /輸出切換功能，完全可以將按鍵與顯示數(shù)據(jù)口復(fù)用。 23841U3ALM358VSSAD34148R2022KR2710KR2620K+12VccGNDPAOR25 1KC8222PHASE_UaPUa 圖 相電流檢測(cè)電路 電源總電流與電壓檢測(cè) 以下 圖 以及圖 分別 是 總 電流檢測(cè)與電壓檢測(cè)部分， 電流檢測(cè)電路是一個(gè)增益為 6 的正向放大器； 電壓檢測(cè)是一個(gè)射隨器。 PWM驅(qū)動(dòng)晶體管使用光耦隔離，驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) MOS管 采用差動(dòng)輸入的運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換 ， 減少了共模干擾， 柵極存在極間電容，串入電阻以減少振鈴。 const char CCER1_F[7]={0x99,0x91,0x19,0x91,0x99,0x99,0x19}。 TIM1_CCMR2 = CCMR2_F[hall]。 essa += ess*ki/10。 KP KiT(Z+1)/2(Z1) Kd(Z1)/Tz PWM + + + △ u(k) 26 再生制動(dòng) 可以在剎車(chē)時(shí)將機(jī)械能再轉(zhuǎn)化成電能，是最好不過(guò)的 選擇，實(shí)現(xiàn)的原理與直流電機(jī)的再生制動(dòng)相似但不完全一致， 本文提出有兩種實(shí)現(xiàn)方法： 其一是，三相逆變橋各橋臂有反并連二極管，實(shí)際上就是一個(gè)三相橋式整器，只是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)反電動(dòng)勢(shì)小于電源電動(dòng)勢(shì)，二極管不能導(dǎo)通，電流無(wú)法反向注入電池，另外再做斬波升壓器，可將電能反充至電池。 電動(dòng) 車(chē)由于整機(jī)的電氣化而具有易于智能化以及操作簡(jiǎn)單、使用可靠、安全性能好等方面的極大優(yōu)勢(shì) , 成為當(dāng)前科學(xué)技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)的前沿課題之一。論文從選題到最后定稿，得到了 何 老師悉心 的指導(dǎo)。 其次要 感激我的家人，他們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在溫暖和鼓舞著我，讓我不斷努力探索。 28 謝 辭 設(shè)計(jì)的順利完成，也離不開(kāi) 老師 的悉心指導(dǎo) 、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。 第一種辦法，需要在硬件增加一大部分器件，增加了成本；第二種方法，只需要在軟件上作一些改動(dòng)： 剎車(chē)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前車(chē)速，斬波占空比與車(chē)速成 反 比，剎車(chē)恒轉(zhuǎn)矩， 乘積 為 K，設(shè)定不同的 K值還可以調(diào)節(jié)剎車(chē)深度。 if(essa100) essa =100。 TIM1_CCER1 = CCER1_F[hall]。 隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速提高， 換向變快，駐留時(shí)間短至 2ms，前面已得出的結(jié)論 ； 為使控制器實(shí)時(shí)響應(yīng)，提高效率，采用中斷方式，將這三個(gè)連接至霍爾元件的 I/O口設(shè)置為上升沿或者下降沿中斷； 恰得益于這種格雷碼的編碼形式，出錯(cuò)率 低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 首先對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，得到電機(jī)的相序與霍爾信號(hào)時(shí)序相對(duì)應(yīng)的關(guān)系表 。 22 123J1speed handleGNDVDDASPHDLC15102SPH 12J2BrakeGNDBKINBRK 圖 調(diào)速轉(zhuǎn)把接口 圖 剎車(chē)把接口 2． 用于設(shè)置某些參數(shù)值的輕觸按鍵，如下圖 ，是一個(gè) 與 LCD12864數(shù)據(jù)口復(fù)用的方法，以節(jié)省單片機(jī) I/O口 。 驅(qū)動(dòng)主電路逆變橋 下圖 ，為無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)主電路，是一個(gè)三相 全 橋 逆變電路： Q10IRF540Q11IRF540Q12IRF540R2875R2975R3075Q48550Q58550Q68550R213K3R223K3R233K3D4DIODED5DIODED6DIODER321GNDPHASE_A PHASE_B PHASE_COCA OCB OCC+12V_POWERG_A G_B G_CPAO PBO PCOQ7D669Q8D669Q9D669 圖 三相全橋逆變電路 該電 路每一相都由上下橋臂組成，下橋臂是電力場(chǎng)效應(yīng)管，使用運(yùn)算放大器直接驅(qū)動(dòng)，換相時(shí)，根據(jù)當(dāng)前相序，信號(hào)由控制器相應(yīng)的比較輸出通道給出。 1LSB 的 ADC，最多有 10路通道，掃描模式和模擬看門(mén)狗功能 5． I/O 端口 ： 48 腳封裝芯片上最多有 38 個(gè) I/O，包括 16 個(gè)高吸收電流輸出 ， 非常強(qiáng)健的 I/O 設(shè)計(jì)，對(duì)倒灌電流有非常強(qiáng)的承受能力 ，并且任意管腳任何時(shí)候都可以配置成上拉 /開(kāi)漏輸入方式，或者上拉，推挽輸出方式。 3．儀表顯示能指示當(dāng)前車(chē)速，行駛里程值，剩余電量 4．電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也就是一個(gè)三相逆變橋， 6個(gè)橋臂，用微控制芯片通過(guò)光耦或者緩沖器連接送以脈沖，控制著電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 的換相，并以 PWM 進(jìn)行調(diào)壓 調(diào)速。 也就是 當(dāng)成功同步換相以后，它的調(diào)速方式是變壓調(diào)速。每隔 60 度換相一次，每次有一個(gè)功率管換相，每個(gè)功率管通電 180 度。而后每次換相一個(gè)功率管，合成轉(zhuǎn)矩矢量 方向就隨著轉(zhuǎn)過(guò) 60 度電角度。為此，通常需要附加限流電路。當(dāng)然，其大小同主回路的接法以及功率晶體管的換相方式有關(guān)。因此，在三相半控的情況下，特別是在起動(dòng)11 時(shí)， 不宜大于 30 度，而在直流無(wú)刷電動(dòng) 機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，總是盡力把 ? 角調(diào)整到 0 度，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。該電流和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)上相當(dāng)于 1/3 周期的一段，且這一段曲線(xiàn)與繞組開(kāi)始通電時(shí)的轉(zhuǎn)子相對(duì)位置有關(guān)。 PWM 是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的 PWM 才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。但這只是用來(lái)做為速度控制并不能拿來(lái)做為定位控制。直流無(wú)刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制 (驅(qū)動(dòng) )器，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。一般情況下 ,在要求不高時(shí)采用開(kāi)環(huán)調(diào)速控制；而對(duì)于動(dòng)態(tài)性能要求較高的負(fù)載 ,可采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)。以專(zhuān)用集成電路制作控制器 , 技術(shù)成熟 ； 此 類(lèi)芯片 系統(tǒng)集成度較高 ,保護(hù)電路動(dòng)作快 ,有配套的 其他集成電路 ,使用 便 利，但不夠靈活 。 6 第一章 緒 論 選題背景及研究意義 電動(dòng)車(chē)有著悠久的歷史， 可追溯至 1881 年 8 月在巴黎舉行的國(guó)際電器展覽會(huì)上，法國(guó)人特魯夫展出了世界上第一輛交通工具 —— 一輛 電動(dòng)三輪車(chē)。電動(dòng)車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均具有相同或相似的功能模塊。 in software, designed a digital PID algorithm controller, constitutes a closedloop system. The imitation device made by author, is good and stable operation by start, load and speed control, being a new practical control system. Keywords: Electrical drive。 電控技術(shù)的進(jìn) 步 是以無(wú)刷電機(jī)的 成功應(yīng)用為標(biāo)志的 ；同 時(shí)，控制器進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，以 單片 微 控制 器（ MCU）的廣泛應(yīng)用為主要特征， 而 一批有較強(qiáng)的自主開(kāi)發(fā)能力的電子技術(shù)企業(yè)迅速崛起。 嵌入 微處理器 ， 可以使 電動(dòng)車(chē) 安全 駛 行， 并 提升操 控 性能。 Electronic mutation。但直流電動(dòng)機(jī)由于存在換向火花，比功率較小、效率較低，維護(hù)保養(yǎng)工作量大，隨著電機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，勢(shì)必逐漸被直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)（ BCDM）、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)（ SRM）和交流異步電動(dòng)機(jī)所取代。變壓調(diào)速的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流電動(dòng)機(jī)比變頻器實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)易可靠，其優(yōu)越的轉(zhuǎn)矩性能 和調(diào)速性能， 又 是變頻控制無(wú)法比擬的。 電動(dòng)車(chē)的電氣系統(tǒng)應(yīng)分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，電機(jī)是最主要，本設(shè)計(jì)最核心的部分： 第一：根據(jù)電動(dòng)車(chē)行駛的特點(diǎn)，選擇功率大小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相 適應(yīng)的電機(jī)， 獲取 無(wú)刷電機(jī)的相關(guān)資料，充分理解無(wú)刷電機(jī)的工作原理 ；再者： 為適應(yīng)于電機(jī)， 選擇合適的電力電子器件，7 隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，許多新型的高性能半導(dǎo)體功率器件，如 GTR,MOSFET 和IGBT 等相繼出現(xiàn)，為創(chuàng)造新型的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)帶來(lái)生機(jī)。 充分利用微處理器外設(shè)，進(jìn)行功能擴(kuò)展，設(shè)計(jì)故障診斷，保護(hù)功能：溫度檢測(cè)、 過(guò)壓 欠壓保護(hù)、 過(guò)流保護(hù)、 電量檢測(cè)等等。 電源 直接以直流電輸入 (一般為 24V)或以交流電輸入 (110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)成直流 。 圖 換流器 基本上功率晶體管的 打開(kāi)次序 可舉例如下： AH,BL→ AH,CL→ BH,CL→ BH,AL→ CH,AL→ CH,BL；往后便是下一周期?；蛘咚俣然貍鞲淖円?解碼器 變化為參考，使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制 ， 電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好 。 圖 所以它所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)脈動(dòng)最小，平均值較大。在本電路中，每相繞組在一個(gè)周期中只通電 ，因此僅在這 期間對(duì)外加電壓起作用。 (210) IKT Ta? . (211) 將其代入上式整理后，可得其機(jī)械特性方程為 ? ? aTcc TKK RK UUn ???? . (212) 式中 , 12 n—— 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（ r/min ）； U—— 電源電壓（ V）； △U —— 功率管管壓降（ V）； Kc—— 電動(dòng)勢(shì)系數(shù)； Ta—— 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩平均值（ N*m）； KT—— 轉(zhuǎn)矩系數(shù)； R—— 電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻（ Ω ） . 三相直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的 典型 應(yīng)用 三相半控 方式 在三相半控電路中，其轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)在 TM 到 TM/2 之間，這是直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)不利的一面。三相全控電路有兩兩換相和三三換相兩種方式 13 圖 三相全控電路 在該電路中，電動(dòng)機(jī)的三相繞組為 Y 聯(lián)結(jié)。其輸出轉(zhuǎn)矩波形如圖 。這時(shí)繞組的聯(lián)結(jié)是 B、 C兩相繞組串聯(lián)后再通 A相繞組并聯(lián)，如果假定流過(guò) A相繞組的電流為 I，則流過(guò) B、 C相繞組的電流分別為 I/2。從這個(gè)定義來(lái)看，我們能知道，無(wú)刷電機(jī)電壓的輸入與電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速是遵循嚴(yán)格的線(xiàn)性比例關(guān)系的。 STTM8 被廣泛應(yīng)用于：工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)、家電、消費(fèi)電子、 儀器儀表等等。 圖 圖 其中電力場(chǎng)效應(yīng)管工作頻率高、通態(tài)電阻較小，驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)易，在低壓裝置中 使用最廣泛，于電動(dòng)車(chē)而言，在 48V 的 1KW 的系統(tǒng)中，選用 MOSFET 將是恰當(dāng)?shù)模粝卤匾亩~余量，選擇 100V 耐壓，大于 20A 的 MOSFET 是必要的。 U4A74LS00657U3BLM358R19220IC1OPTOISO1R2415KR3147PAOG_AVDD2OCABAHBALBRG_A_HBRG_A_L 圖 驅(qū)動(dòng)電路 BRG_A_H,BRG_A_L分別連至 微控制器的 TIM1_CH1與 TIM_1CH1N，兩信號(hào)通過(guò)與門(mén)點(diǎn)亮光耦，僅當(dāng) AL信號(hào)為高時(shí)， AH才被選通， PWM可以送到電力晶體管，由 LM358反向作用，此時(shí)下橋臂的場(chǎng)效應(yīng)管是關(guān)斷的；如果 AL信號(hào)為低，下橋臂打開(kāi)，但是由于邏輯與門(mén)輸出高電平， AH便無(wú)法送 PWM至光耦；這樣的設(shè)計(jì)，可以防止由于上電時(shí)或軟件錯(cuò)誤出現(xiàn)上下橋短路的嚴(yán)重后果。 這樣，使用了電容濾波器可以減小高頻噪聲，無(wú)法消除低頻分量，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，各模塊電壓等級(jí)可能不同，使用高頻開(kāi)關(guān)電源斬波降壓，再使用低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器過(guò)濾，這樣便得到穩(wěn)定的電源。 這樣 ， 相 應(yīng) 寄存器 設(shè) 置如下 表 ： 輸出狀態(tài) 橋臂 驅(qū)動(dòng)信號(hào) 信號(hào)輸出值 比較