【正文】 ........ 21 電機調速方案 .............................................. 22 驅動、逆變電路控制方案 .................................... 25 故障檢測與系統(tǒng)保護 ........................................ 26 核心控制期間的選擇 ........................................ 27 本章小結 ................................................. 28 第 3 章 硬件系統(tǒng)概述 ............................................. 29 控制系統(tǒng)組成 .............................................. 29 核心為處理器 ATmega16.................................. 30 控制電源電路設計 ...................................... 32 信號檢測電路設計 ...................................... 32 三相全橋逆變電路及其功率驅動的設計 .................... 34 PWM 波的控制單元 ....................................... 37 速度給定環(huán)節(jié) .......................................... 39 電池電壓檢測單元 ...................................... 40 系統(tǒng)硬件可靠性設計 ........................................ 40 電源與集成芯片去耦 .................................... 40 電磁兼容設計 .......................................... 41 本章小結 .................................................. 41 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 ............................................. 42 系統(tǒng)軟件設計概述 .......................................... 42 主程序的設計 .............................................. 43 各功能模塊的設計思想 ...................................... 45 位置檢測模塊 .......................................... 45 幻想控制模塊 .......................................... 45 A/D 采樣模塊 ........................................... 47 雙閉環(huán)控制模塊 ........................................ 48 軟件的可靠性設計 .......................................... 51 采用模塊化程序設計方法 ................................ 51 合理安排中斷 .......................................... 51 程序“跑飛”與“死鎖”的解脫 .......................... 52 本章小結 .............................................. 52 總 結 ........................................................... 53 致 謝 ........................................................... 54 參考文獻 ......................................................... 55 附錄 1：電動自行車驅動系統(tǒng)原理圖 ................................. 57 第 1 章 緒 論 課題的研究背景與發(fā)展狀況 二十一世紀是“綠色環(huán)?！钡氖兰o，環(huán)境保護和能源節(jié)約問題已成為新世紀最為突出的兩大主題,而汽車行業(yè)與這兩大主題都息息相關，所以汽車產業(yè)無疑要發(fā)生新的革命。20 世紀 70 年代后期,包括中國在內的許多國家和地區(qū)的公司，都開始生產電動汽車。表 11 我國近幾年電動自行車產量統(tǒng)計年份 產量（萬輛） 比上一年增長（%）1998 54 712022 154 1932022 58 1002022 160 1762022 400 1502022 6757 689 電動自行車主要部件的發(fā)展狀況電動自行車，是指以蓄電池作為輔助能源，具有兩個車輪，能實現(xiàn)人力騎行、電動或電助動功能的特種自行車。從結構來說，應用于電動自行車的無刷直流電機有兩種，一種是放在中軸的帶齒輪減速的高速內轉子無刷直流電機，另一種是直接安裝于輪毅的直接驅動的無刷直流電機，從綜合性能來說，前者的重量可以較輕，效率可以略高，而后者可靠性、噪聲和價格指標要優(yōu)于前者。在微處理器出現(xiàn)之前，控制器只能由模擬系統(tǒng)構成。另一方面，燃料電池和超級電容的出現(xiàn)與興起給電動車用動力電池提供了新的發(fā)展方向。轉子位置傳感器 PS 是檢測轉子磁極相對于電樞繞組軸線的位置，向控制器提供位置信號的一種裝置。此時霍爾元件 B 處于1V2V傳感器永磁體下，有高電平輸出 =l，霍爾元件 A、C 不受磁場作用，kBu= =0。 （式 2nKEe?2）式中：—電動機轉速(r/min)；n—反電勢系數(V/r/min)。MB AMA BLBLARARBeAeBUdiAiBi=圖 25 電動運行等效電路圖由圖 25 的運行等效電路圖可得，在電動運行時 V 管和 V 管導通時通電回路16的回路電壓方程用式 28 表示。在制動過程中，為使電流連續(xù)，施加在繞組電感上的電壓平均值該大于零，即式 213. （式 20)12()1(2()( ??????? UEUEUav ??13） 式中：—PWM 驅動的占空比此時平均電流為： （式 2aavRUEI2)1(????14）電源輸入到電動機的功率為：（式 222)1()1()12()1( ??????? ??? aaavavav RUEIPUIP15）由此可見，當 時，電源可以從電動機側吸收制動能量。由此可見，由于無刷直流電動機的自同步性，其調速方法與有刷直流電動機非常相似，可通過調節(jié)直流電壓來實現(xiàn)。再把控制量以 PWM 的形式輸出給驅動電路，由驅動電路調節(jié)逆變器的輸出電壓，就調節(jié)了電機的電流大小，從而調節(jié)電磁轉矩；當電磁轉矩和負載轉矩平衡時，系統(tǒng)的速度便達到了給定。現(xiàn)在電流檢測模塊種類很多，以霍爾器件為主，反應很靈，但是，對于直流無刷機的控制特點，至少需要檢測兩相電流，需要兩組傳感器，這樣就使成本提高了。速度給定 與速度反饋 送給速度調節(jié)器(RS)，速度調節(jié)器的輸出作為電流信號*nfn的參考值 ，與電流信號的反饋值 i 一起送至電流調節(jié)器(CR)，電流調節(jié)器的refi f輸出為電壓參考值 ，與給定載波比較后，形成 PWM 調制波，控制逆變器的實際*u輸出電壓。該算法的表達式用公式 221，222，223 表示。導通方式，即任一時刻僅有兩個開關處于閉合狀態(tài)。??18過流保護由兩個部分組成，一個是直流回路的過流保護，另一個是相電流的保護護?？刂葡到y(tǒng)主要由以下幾個部分組成。檢測電路見圖 34。再經對應的 3 路輸出鎖存器鎖存并經嚴格的驅動脈沖檢驗后送到輸出驅動器進行功放后才加到被驅動的功率管。定時器/計數器 1 可以從晶振時鐘、預定比例晶振時鐘或外部引腳中選擇時鐘源，這可由 T/Cl 控制寄存器 B(TCCR1B)的低 3 位(CS1CS1CS10)進行設置，如表 31 所示。Uu圖 39 調速電路原理圖 電池電壓檢測單元蓄電池電壓的檢測是實現(xiàn)對其容量監(jiān)控的關鍵，也是對電池進行欠壓保護的有效途徑。當兩個值之間的第二個匹配產生，或當一個定時器周期結束時，相應的就會在輸出上產生一個轉換。HIN1~HINLIN1~LNI3 為逆變器上橋臂和下橋臂功率管的驅動信號輸入端，低電平有效；ITRIP 是過流信號檢測輸入端，可通過輸入電流信號來完成過流或者直通保護:HO1~HOLO1~LO3 是逆變器上下橋臂功率開關器件驅動信號輸出端；FAULT 為過流、直通短路、過壓、欠壓保護輸出端，該端提供一個故障保護的指示信號。123VinGND+圖 33 端正穩(wěn)壓器電路圖 信號檢測電路設計位置信號是電機控制的主要反饋信息，只有確定轉子的當前位置，才能根據程序要求決定下一步的定子三相繞組的導電模式。作為整個系統(tǒng)的控制核心，ATmega16 單片機具有的功能特點使它非常適合控制無刷直流電機。本系統(tǒng)設置了過壓、欠壓、過流及功率器件的保護等保護環(huán)節(jié)，并根據簡單可靠原則設計了具體的保護電路。而美國國際整流公司推出的IR2130 是一款 MOS 功率器件專用的柵極驅動集成電路。所以，本系統(tǒng)電流調節(jié)器采用增量式 PI 控制。本系統(tǒng)利用 AVR 單片機的 PWM 口，通過軟件編程改變占空比的大小控制電機調速。這三路信號經過一定的整形措施后被送到單片機的數字 I/0 口，以確定相位信息。系統(tǒng)主要控制策略概述，主要介紹系統(tǒng)的整體控制過程。所以其機械特性是在接近堵轉(即轉速很低)時，加快下跌。當外加電壓大于反電動勢時，電流流入繞組，電源將功率輸入電機。 （式 2acpnrUI???7）其值可為正常工作電樞電流的幾倍到十幾倍。因此我們最關心的是它的轉矩、轉速，以及轉矩和轉速隨電壓、負載變化而變化的規(guī)律。電kAuBkC角度，達到如圖 b 所示的位置時，位置傳感器輸出檢測信號，經過控制電路邏輯變換后，使繞組 A、C 相通電，即使開關管 截止， 導通，而 仍導通。 直流電源 開關電路 電動機位置傳感器圖 21 稀土永磁無刷直流電動機原理框圖 直流無刷電動機的原理框圖開關電路由逆變器 VF 和驅動電路組成。蓄電池的性能直接制約著電動車輛的動力性能指標和一次充電的續(xù)行里程。已由過去簡單的起?？刂啤⑻峁﹦恿槟康膽?，上升到對其速度、位置、轉矩等進行精確的控制，以及這些被控量的綜合控制，使被控制的機械運動更符合預想要求。在工業(yè)中大量應用的交流異步電機雖然結構簡單，卻有著調速精度不高的問題，交流同步電機也存在著控制復雜的缺點。在筆者調查的某一路段，一個小時經過的電動自行車就近 30 輛。 電動車的發(fā)展狀況近年來，采用各種高新技術的電動車層出不窮，給人們帶來了一個明確的信息：我們已經走到了電動車時代的邊緣。s current situation, the electric bike will soon be universal.The issue uses AVR MCU ATmgea16 of ATMEL Company as the controller, taking into account of the cost and performance requirements, doing the following work:First reviewing the electric bicycle and rare earth brushless DC motor development at home and abroad, basing on the characteristics of its application, taking into a prehensive account the type of motor, control strategy, power converter and the control of the core A drive system solutions is proposed for this situation rare earth brushless DC motor.Secondly, according to the characteristics of AVR microcontroller，I designed the system control strategy detailed: current det