【文章內(nèi)容簡介】 可編程Flash(具有在編程過程中還可以讀的能力，即RWW), 512字節(jié)EEPROM, 1 K字節(jié)SRAM, 23個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C),片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口，一個SPI串行端口，一個6路10位ADC (TQFP與MLF封裝的器件具有8路10位ADC)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，以及五種可以通過軟件選擇的省電模式。因此，A Tmega88作為一款功能齊全、接口豐富，性價比極高的處理器，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的方案，非常適合電動自行車控制器的開發(fā)[7]。如圖4所示為本系統(tǒng)中基于ATmega88單片機的電動自行車用BLDCM控制器連接圖。PC4/PD5/PD6為上橋驅(qū)動控制信號，輸出PWM信號，PD2/PD4/PD7輸出下橋驅(qū)動控制信號。PB0/PBl/PB2為霍爾信號采集輸入口，PB3為剎車信號輸入口，PB5為LED驅(qū)動口，PC6為RST復(fù)位腳。PD3為BREAK端口，當(dāng)單片機檢測到電流過大時，便把信號送到此引腳，單片機執(zhí)行中斷程序，PC3為電流檢測口， PC0和PC1為液晶顯示電路時鐘信號輸入引腳，ADC6為欠壓保護引腳，ADC7為手把信號輸入引腳，同時PB3, PB4, PBS,PC6以及+5V和GND還作為ISP調(diào)試口，用于在線調(diào)試和下載程序。圖4 主控模塊 轉(zhuǎn)子位置及轉(zhuǎn)速檢測電路a b c 0176。 60176。 120176。 180176。 240176。 300176。 360176。轉(zhuǎn)子位置（電角度） 電機的轉(zhuǎn)速是雙閉環(huán)系統(tǒng)的一個重要反饋量，如果安裝測速器來解決這個問題無疑會增加系統(tǒng)的硬件投資和整個系統(tǒng)的體積。在系統(tǒng)中將利用轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來反映電機的轉(zhuǎn)速。經(jīng)過濾波后的脈沖信號如圖5所示,它們是脈寬為180176。，相位上互差120176。的方波信號。對其中的任一位置傳感器而言，電動機每轉(zhuǎn)能產(chǎn)生P個方波脈沖(P為電動機的極對數(shù))，顯然這種方波脈沖的頻率是正比于電機轉(zhuǎn)速的。脈沖信號再經(jīng)過處理提高其脈沖頻率后送到單片機的中斷口，通過軟件運用算法測速，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測[8]。圖 5 三相位置信號系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子位置信號是通過無刷直流電動機本身自帶的霍爾元件來檢測的，由于霍爾元件是集電極開路輸出，其輸出信號經(jīng)過上拉電阻得出位置方波信號，再送到單片機控制器的控制引腳進行位置信號的捕捉，圖6示。為了使電路盡可能的簡單，降低成本，本系統(tǒng)是通過位置參數(shù)進行計算得到速度信號。原理是:無刷直流電動機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60176。電角度都有一次換相，只要測得兩次換相的時間間隔△t，就可以計算出電機換相期間的平均角速度[9]。圖6位置及轉(zhuǎn)速檢測電路 如上圖所示，JI, J2和J3分別與直流無刷電機的三根霍爾引出線相連。R1~，分別與R30~32構(gòu)成霍爾信號整定電路，把信號電平整定為0V或5V，使之與單片機的I/O口電平一致。C1, C2和C3與接地端相連，能夠起到濾除霍爾信號中的雜波作用[10]。無刷直流電機按霍爾元件的電角度可分為60176。和120176。電機。上述兩種電機的換相均是根據(jù)安裝在電機內(nèi)部的三個開關(guān)式的霍爾傳感器輸出的霍爾信號(HA, HB, HC)來控制的。60176。電機有(000)和(I11)狀態(tài)，即三個霍爾可以輸出全低或全高，沒有(101)和(010)狀態(tài)，120176。電機則沒有(000)和(111)兩種狀態(tài)。三相霍爾信號(HA, HB, HC)經(jīng)霍爾采樣電路采樣后送給單片機，單片機軟件控制程序?qū)⒒魻栃盘栆詳?shù)組形式存儲在單片機制成霍爾信號數(shù)組表和霍爾相序數(shù)組表存儲到單片機EEPROM中(見表1)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到電機要換相時通過查上述兩表便可得到MOSFET要導(dǎo)通的順序，輸出換相控制信號?；魻栃盘枖?shù)組表與霍爾相序數(shù)組表的關(guān)系是:霍爾信號的值為霍爾相序數(shù)組表的下標，霍爾信號數(shù)組表的下標為霍爾相序數(shù)組表的值，建立霍爾相序數(shù)組表的好處是換相時程序能更加迅速地查到電機換相順序。表2為逆變器功率管導(dǎo)通表。 表1霍爾信號數(shù)組表60176。電機000 100 110 111 011 001120176。電機101 100 110 010 011 001數(shù)組序號0 1 2 3 4 5 表2 逆變器功率管導(dǎo)通表狀態(tài)1 狀態(tài)2 狀態(tài)3 狀態(tài)4 狀態(tài)5 狀態(tài)6導(dǎo)通的功率管V1 V4 V1 V6 V3 V6 V3 V2 V5 V2 V5 V4定子導(dǎo)通相AB AC BC BA CA CB 轉(zhuǎn)速控制方法 電機的調(diào)速原理直流電動機轉(zhuǎn)速的表達式見公式(1)： 公式(1)式中 U——電樞端電壓；I——電樞電流； R——電樞電路總電阻； ——每極磁通量； K——電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)由此可知，直流電動機的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U，改變電機的主磁通改變電樞回路電阻R。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用，僅在有些起重機、卷揚機及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳動系統(tǒng)中采用。弱磁調(diào)速范圍不大，往往和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上做小范圍的升速[11]。通常，無刷直流電機是通過調(diào)節(jié)輸入電機的直流平均電壓達到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。調(diào)節(jié)方式有兩種:一種為PAM(Pulse Amplitude Mede)脈沖幅值調(diào)制方式，另一種為PWM(Pulse Width Mode)脈寬調(diào)制方式。PWM調(diào)節(jié)是一種根據(jù)能量沖量等效原理，通過將固定不變的系統(tǒng)電壓斬成占空比可變的PWM波，通過改變占空比來改變電機電樞兩端的平均電壓的電壓調(diào)節(jié)方式。其具有體積小、控制方便、調(diào)速性能好、成本低的優(yōu)點，同時，其易與控制器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制方法靈活多變。綜上所述，調(diào)壓調(diào)速是無刷直流電機最常用、最可靠、最有效的調(diào)速方式，無刷直流電機無級調(diào)速系統(tǒng)一般采用調(diào)壓調(diào)速。本系統(tǒng)是在PWM調(diào)壓調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)上來構(gòu)建無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的。 PWM控制的原理無刷直流電機是在直流電源恒定供電的情況下，通過調(diào)節(jié)PWM波的脈寬來改變直流電壓，實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速的控制。PWM技術(shù)可分為單極性PWM控制和雙極性PWM控制:單極性PWM控制的控制信號如圖7示，在每個60176。電角度的區(qū)域內(nèi)，一個功率開關(guān)器件一直處于開通狀態(tài)，另一個處于PWM狀態(tài)。雙極性PWM控制的控制信號如圖8示，在每個60176。電角度區(qū)域內(nèi)，兩個工作的功率管器件或者都開通，或者都關(guān)斷。360176。 60176。 120176。 180176。 300176。 240176。 0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 觸發(fā)信號300176。180176。60176。 360176。 0 120176。 觸發(fā)信號240176。 V1 V3 V2 V4 V5 V6 可以看出，采用單極性PWM控制的電流波動最大值只有采用雙極性PWM控制的電流波動最大值的一半，因此為了減小電流脈動和功率管的開關(guān)損耗，本電機控制系統(tǒng)采用單極性的PWM控制技術(shù)。圖7 單極性PWM控制各觸發(fā)信號圖 圖 8 雙極性PWM控制各觸發(fā)信號圖 全橋逆變及功率驅(qū)動電路本系統(tǒng)采用的逆變電路為三相六管全橋式逆變器，其工作方式為120176。，導(dǎo)通型為星形三相六狀態(tài)。功率開關(guān)管選用高速型MOSFET器件IRF540，它內(nèi)阻低、熱阻小，因此運行功耗低，適合輸出級使用，具體參數(shù)如下：VDS =100V、VDGR =500V、 ICM= 28A、RDS =0. 7 Ω 、PCM =150W。其結(jié)構(gòu)原理如圖9所示，功率開關(guān)管Vl~V6分別與直流無刷電動機的A, B, C三相繞組相連。來自單片機的信號通過驅(qū)動電路驅(qū)動各功率開關(guān)管的導(dǎo)通、斷開，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換相，各相導(dǎo)通示意圖如表1所示。采用全橋逆變器的無刷直流電機在120176。導(dǎo)通方式下，電機同時有兩相繞組工作，提高了無刷直流電機的利用率，也提高了電機的出力和效率；在該換相方式下，無刷直流電機同一橋臂的上下兩管互差60176。電角度導(dǎo)通，在換相瞬間不存在同一橋臂上下兩管同時導(dǎo)通的情況，不必在控制上設(shè)置死區(qū)，提高了系統(tǒng)的安全性。綜上所述，采用該逆變器作為電子換向器并采用120176。導(dǎo)通方式作為換向的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)，是一種具有較高效率和較好可靠性的驅(qū)動系統(tǒng)[12。+ DC V3