【正文】 P1 口還在閃速編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。平均轉(zhuǎn)速和電樞上的脈沖占空比 D之間的關(guān)系如圖 211所示 ： 0DDV10 . 5 圖 211 平均轉(zhuǎn)速和脈沖占空比 D 關(guān)系 Figure 211 Relationship between the average speed and the pulse duty cycle D 由上圖知，平均轉(zhuǎn)速與占空比并非完全的線性關(guān)系，但可以近似的看成是線性關(guān)系。如果把上述脈沖列利用相同數(shù) 量的等幅而不等寬的矩形脈沖代替 ,使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦波部分的中點(diǎn)重合 ,且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積 (沖量 )相等 ,就得到 PWM 波形。 4）轉(zhuǎn)速 將式（ 214）帶入式（ 215）得 ??????eaaC rIUUn 22 (r/min) (219) 機(jī)械特性： eme aee aae TCC rC UUC rIC UUn 22222 ????? ??? ?????? ???（ r/min） (220) 空載轉(zhuǎn)速為 ： ??? ?????????????? pWUUaWapUUCUUniie15222 （ r/min） (221) 5）電勢系數(shù)與轉(zhuǎn)矩系數(shù) 電勢系數(shù)為： ?? ????? ?WapCnEK iee 152（ V導(dǎo)通型。則繞組 A、 C 通電，且電流方向?yàn)?A 進(jìn)C 出，電樞繞組在空間合成磁場如圖 27(b)。電角度，繞組利用率差；圖 26 橋式逆變電路向電機(jī)繞組提供寬為 120176。電 磁式位置傳感器輸出信號較大，一般不需要經(jīng)過放大便可直接驅(qū)動開關(guān)管，但此輸出電壓是交流，必須先整流。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流并置于外磁場中，即輸出霍爾電勢信號，當(dāng)其不受外磁場作用時，其輸出端無信號。永磁無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝配高性能永磁材料制成的永磁體，常用的有三種結(jié)構(gòu)形式：如圖 23 所示。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 12 2 永磁無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)與工 作 原理 電動自行車的運(yùn)行，與一般的工業(yè)應(yīng)用不同，對驅(qū)動系統(tǒng)的要求很高。當(dāng)前我國極大多數(shù)廠商的產(chǎn)品都采用輪毅電機(jī)直接驅(qū)動方式，采用這種方式的好處是電動車制造商可以不對車型作大的改動，即可裝車，這種方式比較容易在試制階段被接受，但是從電動自行車本身的兩個功能電動和人力騎行來看，采用輪毅電機(jī)直接驅(qū)動方式，由于磁阻造成的力矩，以及人力 騎行時的電機(jī)發(fā)電問題，使人力騎行時感到費(fèi)力。但直流電動機(jī)由于電刷的存在而產(chǎn)生的機(jī)械磨損較大，功率密度也偏低，無法實(shí)現(xiàn)高速大容量；而無刷直流 電動機(jī)既有直流電動機(jī)的優(yōu)越的性能，又依靠電子換向，免去了機(jī)械式電刷和換向器門，消除了機(jī)械磨損，提高了功率密度、最高轉(zhuǎn)速以及容量。助力傳感器是當(dāng)電動車處于助力狀態(tài)時 檢測騎行腳蹬力矩或腳蹬速度信號的裝置。機(jī)電一體化的個人交通工具。到了 90 年代后期，基本覆蓋全國主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)如江蘇、浙江、山東等省。 Zap 公司生產(chǎn)的馬達(dá)包括雙馬達(dá)裝備可安裝在 絕大多數(shù)的自行車或三輪車上。 歐洲今后的主要研究活動包括電池試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)、 EV 和 HEV， FC、汽車新結(jié)構(gòu)、未來燃料、汽車生命周期分析等。 90 年代，在能源和環(huán)境的雙重壓力下，電動車的研究再次進(jìn)入一個活躍期。由于燃油車輛的廢氣造成的環(huán)境污染、噪聲污染以及石油資源的危機(jī)，其被“零污染” 、 高效率和能源來源廣泛的新型電動車代替已成為一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。電動自行車作為最簡單的電動車輛近幾年在世界各地尤其是亞洲地區(qū)取得了巨大進(jìn)展。而第一部真正具有實(shí)際意義的電動車是由蘇格蘭人德文波特 ()于 1834 年發(fā)明的，這部電動車采用的能源是不可充電的簡單玻璃封裝蓄電池。我國是世界上最大的自行車生產(chǎn)和使用王國，開發(fā)小型兩輪電動車對節(jié)省人們?nèi)粘Ｐ熊嚂r間和改善生活環(huán)境有著非常重要的意義。電動自行車進(jìn)入德國市場之初，曾有專家表示，多數(shù)德國人皆視自行車為運(yùn)動工具，因此銷量十分有限，并無太大市場潛力，孰料 1998 年該類產(chǎn)品銷量竟然直線上升，據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998 年德國電動自行車總銷量為 萬輛。除此之外，日本在整車設(shè)計(jì)方面及在車輛 的控制策略上都進(jìn)行了精心的研究和試驗(yàn)。我國技術(shù)人員自主開發(fā)的第一輛以大功率 鋰 離子電池為動力的電動車 EV3由深圳雷天公司開發(fā)成功，它的一次充電續(xù)駛里程數(shù)超過 400 公里。 此時 轉(zhuǎn)換為 涓 流充電。儀表一般提供電池電壓顯示 。 當(dāng)前，電動自行車中采用較多的是密封的鉛酸蓄電池，這種電池的能量密度較低，造成電動車?yán)m(xù)駛里程短，車載能量少，只能采用小功率電機(jī)，并使得電動車在最高時速、最大加速能力、最大爬坡能力等方面受到諸多限制。 電動自行車控制系統(tǒng)可以視為以控制器為核心，包括轉(zhuǎn)把、剎把、儀表以及相關(guān)的傳感器、開關(guān)按鈕等器件的集成。 （ 4）電動自行車用電動機(jī)應(yīng)在整個運(yùn)行范圍內(nèi)，具有高的效 率，以提高 一次充電的續(xù)駛里程。 永磁無刷直流電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通的同步電機(jī)及異步電機(jī)相同，鐵心中嵌放對稱多相繞組，繞組可接成星形或三角形，并分別與逆變器中各開關(guān)管相連接。電角度。紅外發(fā)光二極管通電后發(fā)出紅外光，當(dāng)遮光盤隨電機(jī)轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)時，紅外光間斷的照在光敏三極管上，使 其不斷導(dǎo)通和截至，其輸出信號反應(yīng)了轉(zhuǎn)子的位置，經(jīng)過放大后去驅(qū)動逆變器開關(guān)管。電角度小，降低了轉(zhuǎn)矩脈動。 在圖 27(a)到 27(b)的 60176。若僅僅取其基波進(jìn)行變換，計(jì)算結(jié)果誤差大。 4152260 KWapWapK iie ?????? ?? ?? ?? （ 225) 可見，電勢系數(shù) eK39。 要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。通過在單塊芯片上組合通用的 CPL1 和閃速存儲器 ,ATMEL AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī) ,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。用作輸入時 ,被外部拉低的 P3 口引腳將用上拉電阻而流出電流 (IIL)。 和 要求外部上拉電阻。不斷的給電樞兩端送入脈動電壓源（即脈動信號） 就可以使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在指定的范圍內(nèi)。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來 代替正弦波或其他所需要的波形。下面以氣隙磁場波形為方波、兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)電機(jī)為例， 分析永磁無刷直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩、電樞電流、反電動勢和轉(zhuǎn)速等特性。電角度時，逆變器開關(guān)管之間就進(jìn)行一次換流，定子磁狀態(tài)就改變一次。以兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)永磁無刷直流電機(jī)為例說明其工作原理。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用永磁體勵磁時，永磁體的強(qiáng)磁場使得電機(jī)在較低速度時就可以檢測到電樞繞組反電動勢，在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自同步運(yùn)行狀態(tài)切換，從而加快電機(jī)的起動過程，實(shí)現(xiàn)寬的調(diào)速范圍。因此在對性能和環(huán)境要求不是很高的永磁無刷直流電機(jī)應(yīng)用場合，大量使用霍爾元件式位置傳感器。轉(zhuǎn)子位置傳感器也由定、轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子與電機(jī)本體同軸，以跟蹤電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置；其定子固定于電機(jī)本體定子或端 蓋上，以感應(yīng)和輸出轉(zhuǎn)子位置信號。經(jīng)過不斷的研究和 實(shí)踐，人們終于找到了用位置傳感器和電子換向線路來替代直流有刷電機(jī)的機(jī)械換向裝置。 相應(yīng)的各章內(nèi)容概述如下 : 第一章： 主要介紹了課題的背景和意義以及國內(nèi)外電動車尤其是電動自行車的發(fā)展情況，并對電動自行車驅(qū)動控制的相關(guān)技術(shù)做了簡要介紹?？刂破髟O(shè)計(jì)應(yīng)確保工作在正常電流范圍內(nèi)，允許有一定的過載能力和大電流自動保護(hù)功能，以保護(hù)電池和驅(qū)動功率器件。如下圖 12所示，某國產(chǎn)電動自行車外形結(jié)構(gòu)： 圖 12 電動自行車外形結(jié)構(gòu) Figure 12 Form of electric bicycles 電動自行車驅(qū)動控制的相關(guān)技術(shù) 電動自行車的核心技術(shù)包括三方面：電動機(jī)、電池技術(shù)和驅(qū)動與控制系統(tǒng)，涉及電氣、電力電子、控制、機(jī)械、材料和化工等諸多學(xué)科?？刂破魇请妱榆嚹芰抗芾砼c各種控制器信號處理的核心部分。據(jù)中國自行車協(xié)會預(yù)測，我國電動自行車高速增長期將一直持續(xù)到 2021年，屆時我國電動自行車年產(chǎn)量將達(dá) 100 萬輛。 人力蹬踏開始后 1秒鐘之內(nèi)，電助動系統(tǒng)按上述開始要求工作；人力蹬踏停止后 1 秒鐘之內(nèi)，整車電助動系統(tǒng)關(guān)閉。 除此之外，美國還在整車性能分析設(shè)計(jì)方面、市場預(yù)測方面也做了大量的研究工作。對德國而言，它木身電 力驅(qū)動技術(shù)力量十分強(qiáng)大，目前它的研究重點(diǎn)是質(zhì)子交換膜的燃料電池 (PEMFC： protonexchange membrane fuelcells)的開發(fā)，而且己開發(fā)出示范型電動車。電動車不敵燃油車還有一個原因是當(dāng)時無河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 2 法進(jìn)入鄉(xiāng)村，因?yàn)楫?dāng)時很多鄉(xiāng)村地區(qū)沒有電力供應(yīng)。通過硬件和軟件的綜合設(shè)計(jì)，設(shè)有欠壓 保護(hù) 、過流 保護(hù) 、剎車斷電等多種保護(hù)功能。本文所設(shè)計(jì)電動自行車控制系統(tǒng)以 ATMEL 公司的 AT89C2051 單片機(jī)作為控制核心，由霍爾調(diào)速手柄、由 A/D轉(zhuǎn)換器、剎車裝置、電機(jī)驅(qū)動電路和欠壓、過流保護(hù)電路等組成。美國人凱特林發(fā)明的燃油汽車電起動器也是對電動 車的重大打擊之一。 （ 1）歐洲電動車研究現(xiàn)狀 歐洲的主要國家德、法、英、意、瑞典等均進(jìn)行了電動汽車的研究，但是各國研究的側(cè)重點(diǎn)不同?；谌剂想姵氐臉榆?NECAR 于 1994 年推出， NECAR5 也于 2021年推出。 速度 ? 24km/h 時，整車電助動系統(tǒng)關(guān)閉。 1998 年我國電動自行車產(chǎn)量僅為 萬輛， 1999 年為 萬輛， 2021 年又翻一番多，達(dá)到 萬輛。 （ 3）控制器 控制器是控制電機(jī)轉(zhuǎn) 速的部件，也是電動車電氣系統(tǒng)的核心，設(shè)計(jì)有多項(xiàng)保護(hù)功能控制系統(tǒng)，具有 無級調(diào)速、軟啟動、 欠壓、限流或過流保護(hù)功能。目前，我國市場上國產(chǎn)電動自行車的品種規(guī)格較多，驅(qū)動多數(shù)用有刷或無刷的輪式直流電機(jī)，工作電壓為 24V、 36V 或 48V，功率在150W400W 之間 ； 蓄電池一般用的是免維護(hù)鉛酸蓄電池，容量為 12Ah，充電時間在 38小時左右，充電一次行駛里程約 50Km 左右；車速低于 20Km/h，爬坡能力在 4 度上下；車型有普通型和豪華型，車重約 35Kg，載重量約 75Kg，百公里耗電量 IKwh 左右。因此，控制器必須有這項(xiàng)保護(hù)功能。圍繞這一基本思想，本文主要從以下兩方面進(jìn)行相應(yīng)介紹： (1)分析了電動自行車 車 用無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 (2)采用 AT89C2051 芯片為控制核心，設(shè)計(jì)電動自行車驅(qū)動電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路和相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)型晶體管的研制成功，為直流電機(jī)的發(fā)展帶來生機(jī)。它對電機(jī)轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行檢測，其輸出信號經(jīng)過邏輯變換后去控制開關(guān)管的通斷，使電機(jī)定子各相繞組按順序?qū)?，保證電機(jī)連續(xù)工作。 霍爾元件式位置傳感器結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、可靠，但對工作溫度有一定要求，同時霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號電平太低，不能正常工作。無位置傳感器的無刷直流電機(jī)的主要弱點(diǎn)是起動轉(zhuǎn)矩比較低，一般只適用于空載或輕載條件下起 動。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 18 +A B CT 1 T 2 T 3i ai bi c2 π / 32 π / 34 π / 34 π / 32 π 圖 25 三相半波（三相星型三狀態(tài)）逆變器電路 Figure 25 Threephase halfwave (threephase threestar status) inverter circuits T 1T 4+uCT 5T 2T 3T 6AB i ai bi c2 π / 35 π / 3π / 34 π / 32 ππ / 3π2 ππ 圖 26 三相星形六狀態(tài)（三相全波）逆變器電路 Figure 26 Threephase six star status (threephase fullwave) inverter circuits 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 19 永磁無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 基本運(yùn)行原理 永磁無刷直 流電機(jī)是在傳統(tǒng)直流電機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其內(nèi)部發(fā)生的電磁過程與普通直流電機(jī)類似。每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 60176。這些物理量的表達(dá)式和電機(jī)氣隙磁場分布、繞組形式有十分密切的關(guān)系。 采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。 在轉(zhuǎn)速降到一定限度時使電動機(jī)再次接通電動機(jī)因此而再次加速?？谝_ ～ 提供內(nèi)部上拉電阻。 P3 口還用于實(shí)現(xiàn) AT89C2051 的各種功能 ,如下表 31所示。 AT89C2051是一個有 20個引腳的芯片 ,引腳如下圖 ,與 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比可發(fā)現(xiàn) ,AT89C2051 減少了兩個對外端口（即 P0、 P2 口） ,使它最大河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 30 可能地減少了對外引腳 ,因而芯片尺寸有所減少。 PWM 調(diào)制與電機(jī)轉(zhuǎn)速 PWM 調(diào)速 方式有調(diào)速