【正文】 電動自行車的調(diào)速常常是在手柄上安裝一個光耦可調(diào)電阻，由手動實現(xiàn)的； 我選用的 是可調(diào)電阻，其原理如圖 所示。這樣依次類推，假如在轉子轉過 了 e t k 60? ? ? ? ?個 電角度之后，達到了需要的反電動勢信號 信號選擇 器 保護信號 自同步信 號 譯碼 C′ B′ A′ C B A 轉子位置信號 外同步信號 21 轉速，那么由這一系列位置對應的時刻 t0， tl， t2， …… ， tk 的值，即可確定逆變器的每一個逆變狀態(tài)的改變時刻。直流無刷電動機的端電壓檢測電路的三相端電壓信號 A、 B、 C 中含有的高頻信號及外界干擾，必須經(jīng)過濾波電路以濾掉高頻信號及外界干擾，否則會干擾比較器的正常工作；由于電動自行車用直流無刷電動機的速度較低，頻率也較低，因 此使用電容 C 就可以讓低頻段的信號通過，抑制高頻段的信號。 (3) 低功耗 SLEEP 方式。 (1) 可編程片上系統(tǒng) 系列 (PSoC) PSoC(Programmable System on Chip)是美國 Cypress MicroSystem 公司推出的新一代功能強大的 8 位可配置的嵌入式單片機。當蓄電池以恒定電流放電時，它的容量 (Q)等于放電電流 (Id)和放電時間 (td)的乘積 : ddQ I t?? (式中 Id 的單位為安 (A)， td 的單位為小時 (h)， Q 的單位為安時 (A無位置傳感器檢測方法主要包括反電動勢過零點檢測法、反電動勢三次諧波積分檢測法、續(xù)流 二極管 檢測法、反電動勢積分法、磁鏈估計法、擴展卡爾曼濾波法等。讓 V5， V6導通， V4 關閉，依次類推，可以實現(xiàn)無位置傳感器直流無刷電機的換向。 ωt A—A′ ωt C—C′ ωt B—B′ 60176。 電子換向逆變器主電路如圖 所示， AA′ 、 BB′ 、 CC′ 代表直流無刷電動機的三相定子繞組，采用 Y 型連結，逆變器為兩兩通電方式， 120176。 本論文主要內(nèi)容包括： (1) 根據(jù)直流無刷電機的原理，利用 PIC16C74單片機作為主控芯片，檢測直流無刷電機運轉時產(chǎn)生的反電動勢來確定轉子的位置，從而確定換向點和換向時刻。 經(jīng)過我國技術界的專家們的努力，我國的電動自行車事業(yè)得到迅速的發(fā)展。 (2) 電機 電氣技術發(fā)展到今天，各種電機的產(chǎn)生控制技術已經(jīng)相當成熟，電動自行車電機有多種選擇， 但 普遍選擇的還是有刷直流電機和無刷直流電機。 (2) 低噪音、振動小 電動自行車是由電動機驅動的，電動機在運行中產(chǎn)生的噪音比較小，運行比較平穩(wěn)。 目前電動自行車的動力驅動主要是輪轂式無刷直流電動機。 DC brushless motor。車架部分不作討論，其他部分介紹 如下： (1) 電源 (蓄電池 ) 電源為電動自行車動力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)提供能量。 4) 實現(xiàn)短路、過流、欠電壓等故障保護功能。效率提高就是在單位時間內(nèi)完成更多的任務， 直接反映到時間的問題上。六十年代初出現(xiàn)了用霍爾元件傳感器的直流無刷電機，七十年代初出現(xiàn)了比霍爾元件傳感器靈敏度高許多倍的磁敏二極管換流的直流無刷電機。如果是有位置傳感器直流無刷電動機，則可以通過傳感器來 直接獲得轉子的六個轉子關鍵位置的信息，如果是無位置傳感器無刷直流電動機，則需要通過直流無刷電動機的三相定子繞組的反電勢直接或間接的獲得轉子的位置信息。故可以通過檢測反電勢過零點，再延時 30176。 直流電源 電子電路 電動機本體 負載 10 圖 電機運行時各相產(chǎn)生的反電勢示意圖 240176。本課題使用 七 段型液晶顯示器件 (如圖 )來顯示電動自行車的行駛速度，液晶顯示驅動器采用 ICM7211(A)控制的靜態(tài)數(shù)字量輸入型，其原理如圖 所示；ICM7211(A)具有完整的脈沖發(fā)生器，它由 RC 振蕩器， 128 分頻電路，背電極 BP 驅動器和使能檢測器等 組成；驅動器一方面提供片內(nèi) 2 位段驅動器的驅動波形，另一方面通過作為輸出的 BP 提供液晶顯示器件的背電極的驅 動信號和級聯(lián)從機的同步信號。 電壓 O 時間 恒電流放 電 16 4 電動自行車控制器的硬件設計 芯片的選擇 設計硬件前有許多準備工作需要做，它們是硬件設計的基礎，主要有芯片的選擇。 (3) MC33035 系列 MC33035 是 Motorola 公司的第二代直流無刷電機控制專用集成電路系列，這種芯片功能很齊全，包括：位置檢測、提供帶有溫度補償?shù)膮⒖茧娫?、產(chǎn)生脈寬調(diào)制所需的鋸齒波脈寬調(diào)制比較器、 誤差檢測放大器、三個集電極開路上橋臂驅動器、三個電流較大的下橋臂驅動器 ，特別適合于驅動功率 MOSFET。 無位置傳感器無刷直流電動機的反電動勢檢測及換向控制 在前面己經(jīng)敘述過反電勢過零檢測延時 30176。在本論文中，信號選擇及譯碼均由單片機的 軟件程序 實現(xiàn)。 另外，單片機在剛通電執(zhí)行初始化程序時，還未來得及封鎖 I/O 端口 (RC RC RC RB RB RB3)使功率管 MOSFET 關斷，若上下橋臂中 P 點同為低電平或同為高電平，功率管 MOSFET 導通，則此時，有可能出 現(xiàn)上下橋臂中的功率管 MOSFET(即 V V4 或V V6或 V V2)同時導通，這樣使電源的正負極直通，電流很大，燒壞功率器件。 過流保護 直流無刷電機在起動或超負荷運行時，其電流很大，如不加限流保護，將會燒壞控制板上的功率器件，甚至會損壞電機。圖 所示 的 電路，當 T4截止， Tl 截止， T2導通，功率管 MOSFET 柵極輸入電容上的電荷釋放使功率管 MOSFET 關斷，當 Tl導通時， T2必然截止，功率管 MOSFET 柵極輸入電容被充電，功率管 MOSFET 由阻斷變?yōu)閷?。如果先將外同步信號的某個組合狀態(tài)保持一段時間，再按序改變其組合狀態(tài)并逐步提高頻率，按他控式同步電動機的運行方式由靜止開始加速，當轉速足夠大時，轉子位置信號有效，當滿足切換條件，發(fā)出切換命令，使得信號選擇器屏蔽掉外同步信號，選通轉子位置信號并送入譯碼模塊用以產(chǎn)生逆變器的觸發(fā)信號，這樣就建立了轉子位置閉環(huán)，完成 了從他控式同步電動機運行狀態(tài)到直流無刷電動機運行方式的切換。 (9) 具有 3 個 8 位定時器和 2 個 PWM 輸出。它率先推出采用精 簡指令集計算機 RISC(Reduced 17 Instruction Set Computer)、哈佛 (Harvard)雙總線和兩級指令流水線結構高性價比的 8 位嵌入式控制器 (Embedded Controller)。 蓄電池的電勢是指蓄電池在開路時的端電壓，由于蓄電池內(nèi)阻 r 的存在，當蓄電池兩端接上負載 R 時，內(nèi)阻上就會產(chǎn)生壓降，此時蓄電池的端電壓不是電勢 E，而是： U E Ir?? (式 ) 而蓄電池的內(nèi)阻與蓄電池的容量成反比，在充電過程中，內(nèi)阻逐漸減小，在放電過程中增加，由 (式 )可知，通過實驗的辦法測出蓄 電池的容量與端電壓的關系。 電動自行車的運行參數(shù)顯示功能設計 本課題 只 對速度 顯示和 蓄電池容量顯示做了簡要設計。 360176。從圖 中可以看出，反電勢在 60176。 無刷直流電動機的運行原理圖 Fa A B C A’ B’ C’ N S (a) A B C A’ B’ C’ N S Fa (b) A B C A’ B’ C’ N S Fa (c) A B C A’ B’ C’ N S Fa (d) A B C A’ B’ C’ N S Fa (e) A B C A’ B’ C’ N S Fa (f) C′ C B A′ A B′ + _ V1 V2 V6 V4 V5 V3 W V U 8 圖 各相繞組導通示意圖 由上述的分析可見，要使直流無刷電動機正確的換 向 運行，必須知道圖 所示的六個轉子關鍵位置，六個轉子關鍵位置即對應著直流無刷電動機的反電動勢的過零點后的30176。隨著科學技術的發(fā)展，開關型晶體管的研制成功，為直流電機的發(fā)展帶來生機。 雖然電動自行車不能與機動車相比，但是要緩解公交車的壓力，甚至替代公交車，改進電動自行車的性能是當今時代的需求。 2) 產(chǎn)生 PWM 調(diào)制信號， 使 電機的電樞電壓隨給定速度信號而自動變化，實現(xiàn)電機開環(huán)調(diào)速。電動自行車正是在這樣的呼喚下，逐步走進人們的生活中。 at the same time, it reduces the costs of the process of manufacturing and using, improves the convenience of use and maintenance, and it is high efficiency, environmental protection, economy and convenient characteristic with good performance characteristics and huge market potential. Keywords: electric bicycle。 本課題研制的電動自行車用無位置傳感器直流無刷永磁電動機來驅動，用 PIC16C74單片機作為主控芯片 。 (3) 最高時速 20 公里，行駛安全 摩托車、燃油助動車的速度快，在機動 車道上行駛，事故率較高；而電動自行車，國家強制性規(guī)定（國標 GB 177611999）其速度不能超過 20km/h，并且電動自行車一般不能在機動車道上行駛，因此相比之下安全很多。無刷直流電機 相當于有刷電機的 控制稍復雜，但因沒有電刷 而在壽命、安全方面優(yōu)于有刷直流電機。目前我國可以從事電動自行車生產(chǎn)和車用電源專業(yè)企業(yè)的企業(yè)已有很多家，所有這些廠家都有著雄厚的資金和技術家底，有著相當?shù)纳a(chǎn)能力和豐富的經(jīng)驗。 (3) 本系統(tǒng)使用的單片機內(nèi)部有 PWM 模塊，通過改變脈沖寬度寄存器或脈沖周期寄存器的值，就可以改變輸出的 PWM 占空比，從而控制電機的轉速。首先假設轉子處于圖 (a)的位置，若此時使 V V4導通，則電流從 B 端流入， A 端流出，定子磁動勢為 Fa，如圖(a)示，在 Fa 的作用下，轉子將順時針旋轉，轉到圖 (b)的位置時，如果使 V V5導通，則 電流由 C 端流入， A 端流出，定子磁動勢為 Fb，在 Fb 的作用下，轉子將繼續(xù)順時 7 針旋轉，依次類推，如果每隔 60176。 180176。 60176。其 原理 如下： 直流無刷電機本體的三相繞組通常是二線制的，要檢測不導通相繞組產(chǎn)生的反電勢，必須要找一個基準參考點，為了更好地解釋和說明檢測反電勢過零的原理，現(xiàn)建立以電源中點為基準參考點的無位置傳感器直流無刷電機數(shù)學模型。其放電特性如圖 所示。使用該芯片可以配置具有多種不同外圍元器件的 微 控制器，適應非常復雜的實時控制需求，大大提高產(chǎn)品的開發(fā)效率，降低了系統(tǒng)開發(fā)的復雜性，同時增強了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。 (5) 較大的輸入輸出直接驅動 LED 能力，灌入電流可達 25mA。因此直流無刷無位置傳感器電動自行車的電機可以采用以下幾種方案實現(xiàn) 起 動 [9]： 方案一、電動自行車由于其特殊性，使用的是 輪轂 式電機，在沒有供電的情況下，電動自行車可以用作正常的自行車行駛，在行駛時 輪轂 式電機和車輪一起運轉，當運轉 達到一定的速度