【正文】 安裝 +5V電源部分，測試輸出電壓 。 b相頂端驅(qū)動電路，測試 b相頂端驅(qū)動輸出 。而且雙閉環(huán)系統(tǒng)以速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定值，對速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅就限定了電樞中的電流，起第 27 頁 共 32 頁 到了保護逆變橋的作用。 此外 ,可以將本設(shè)計的速度閉環(huán)調(diào)制進一步改進為電流、速度雙閉環(huán)調(diào)制。 (2)對負載變化起抗擾作用 。當要求的靜差率相同時，閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍可以大大提高 。 根據(jù)遞推原理，可寫出 (k1)次的 PID 輸出表達式 : )]}2()]1([)()1({)1( 10 ???????? ??? kEkETjETkEkP kj DlpTTK () 用式 ，可得 : )]2()1(2)([)()]1()([)1()( ??????????? kEkEkEkEkEkEkPkP KKK DlP() 式中， TKKlPlT? 為積分系數(shù)； TTKK DpD ? 為微分系數(shù)。E(k)第 k次采樣時的偏差值 。Tt為調(diào)節(jié)器的積分時間 。 工作方式 :單片機可以用查詢方式獲得 Sa,Sb,Sc。 Ta,Tb,Tc上橋臂控制信號 。TMR2預(yù)分頻比可以是 1,4 或 16。4Tosc為系統(tǒng)指令周期 。產(chǎn)生如此波形需要確定兩個基本參數(shù) :一個是周期 (高電平和低電平持續(xù)時間之和 )。當 SP對應(yīng)的數(shù)字量在 [132, 169]范圍時，若 SP+1，則 DUTY(占空比 )+2。 程序認為無效后就退出此輪采樣，不保留采樣值。 對于模擬輸入電壓 :當模擬輸入電壓高于單片機電源正電壓 VDD或者低于單片機電源負電壓 Vss有 ，將會使得 A/D轉(zhuǎn)換精度有所下降。 AD模塊的操作過程要求占用較多的時間，其占用的時間主要包含兩個部分 。 AD轉(zhuǎn)換 本系統(tǒng)涉及到 A/D轉(zhuǎn)換的參量有電池電壓值、轉(zhuǎn)把給定值、過流電阻的采樣電壓值。用做周期可調(diào)的時基發(fā)生 器，為 PWM提供周期可調(diào)的時基信號。通 過改變定時時間，控制 PWM 占空比輸出 。通過向周期寄存器 PR2中寫入不同的值，以及給預(yù)分頻器設(shè)定不同的分頻比，來靈活調(diào)整 TMR2輸出端的信號周期 . 根據(jù)三個定時器的特點，在程序中將資源分配如下 : 第 21 頁 共 32 頁 (1) TMR0:計算助力傳感器送出的高低電平持續(xù)時間 。 (1) TMRO:8位寬，有一個可選的預(yù)分頻器，用于通用目的。 (2) 逐個判斷可能產(chǎn)生中斷的中斷標志位和中斷允許位，只有二者同時有效時才執(zhí) 行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序 。其中外部觸發(fā)中斷 INT, TMRO溢出中斷為第一級中斷， TMR1溢出中斷， TMR2溢出中斷， A/D轉(zhuǎn)換中斷， CCP中斷為第二級中斷。定速模式下，轉(zhuǎn)把信號無效，程序根據(jù)模式轉(zhuǎn)換前輸出的 PWM占空比恒定輸出 。系統(tǒng)進入到正常工作模式的主循環(huán)時，首先判斷系統(tǒng)處于何種工作模式，然后檢查系統(tǒng)是否處于非法態(tài)，如果出現(xiàn)欠壓、過流、堵轉(zhuǎn)等錯誤，則停機，程序跳入到自檢狀態(tài) 。初始化完成后，進入自檢程序，若各電器信號正常 ，則 2秒后退出自檢模式。 主程序 程序主流程圖如圖 ，主程序上電復(fù)位后完成系統(tǒng)初始化 :PWM,ADC端口 、 第 17 頁 共 32 頁 定時器等單元的初值設(shè)置 。定速燈指示助力傳感器 。 (2) 助力模式 : 打開 電 鎖，在電動車進入電動模式下，按動模式轉(zhuǎn)換按鈕，電動模式轉(zhuǎn)換到助力模式，此時前儀表板電動指示燈滅，助力指示燈亮，騎行實現(xiàn)一加一助力 :再次按動模式轉(zhuǎn)換按鈕或剎車，則電動車退出助力模式回到電動模式，助力模式下剎車，電機斷電，但不退出助力 模式。這樣各個程序模塊分第 16 頁 共 32 頁 別設(shè)計，從而使程序的調(diào)試、修改和維護都變得比較容易 。當霍爾原件感應(yīng)面有磁場時，傳感器 輸出為低，無磁場時輸出為高，后部處理電路根據(jù)接收到的信號進行處理，向單片機發(fā)出符合以下規(guī)律的信號 : (1) 頻率 與 轉(zhuǎn)速成正比 ； (2) 電機正轉(zhuǎn)時，一周期內(nèi)的高電平時間 :低電平時間 =2:1 ； 電機反轉(zhuǎn)時，一周期內(nèi)的高電平時間 :低電平時間 =1:2 。如果放電電流不是一個恒定的常數(shù)，蓄電池的容量為不同的放電電流與相應(yīng)時間的乘積之和 : tItItI dNdNddddQ ???? .. ..2211 由于蓄電池的容量受到很多因素的影響，長時間的使用，反復(fù)的充放電，一些蓄電池的容量將逐漸減小，因此要準確測量蓄電池的容量比較困難。 倍壓電路的工作原理是 :當 NE555的 3腳為 GND電壓 (+21V)時，電源 36V通過二極管第 14 頁 共 32 頁 D4給電容 C24充電，如果時間常數(shù)合適， C24上的電壓近似等于 36V21V=15V，方向為左負右正 :當 NE555的 3腳為高時，電容 C24左側(cè)為 36V，右側(cè)為 36V+15V=51V，因為二極管 D4反偏截止，產(chǎn)生的 51V電壓就通過二極管 D3給 C23, C25充電，這樣經(jīng)過若干周期的反復(fù)充電，電容 C25上的電壓就升到后部驅(qū)動所需要 的 51V恒定電壓。 R47和 C36組成電流波形尖峰抑制器，可抑制電流波形的前導(dǎo)峰緣，增強系統(tǒng)。如圖 ，電源電路中，根據(jù)各個部分的電流，合理的選擇分流電阻 **R14和 **R45的阻值和功率，減小直接流過三端穩(wěn)壓器件的電流，降低其發(fā)熱量，提 高電路穩(wěn)定性。底端驅(qū)動，當經(jīng)過邏輯 保護的 A相底端控制信號 aBTM輸入為 1時，經(jīng)過底端驅(qū)動電路產(chǎn)生 12V有效信號，使得 VF2導(dǎo)通。底端電壓驅(qū)動電路中 R22,R30,R38為串聯(lián)柵電阻，是場效應(yīng)管底端驅(qū)動 保護電路，可消去由 MOSFET電容和柵一源電路在任何串聯(lián)繞組感應(yīng)而生 的高頻振蕩 。本設(shè)計中，頂端驅(qū)動電路中的 15V穩(wěn)壓二極管 DZ2, DZ4和 DZ6為保護二極管。 頂端、底端驅(qū)動電路 (1) 驅(qū)動電路 如圖 ，由于受到匹配電壓的限制，頂端驅(qū)動電路無法直接與 TTL器件匹配， 因此在電路中通過 LM339用來間接匹配電壓，匹配后的 LM339輸出端 (a相 2腳、 b相 1腳、 c相 14腳 )電平分別為 12V的有效狀態(tài)或大于 25V的無效狀態(tài)。 當 功率 MOSFET管用作開關(guān)，被驅(qū)動飽和導(dǎo)通，即在它的兩極之間壓降最低時，其柵極驅(qū)動要求可概括如下 : (1) 柵極電壓一定要比漏極電壓高 10~15V，用作高壓側(cè)開關(guān)時其柵極電壓必定高于干線電壓，常?？赡苁窍到y(tǒng)中的最高電壓 . (2) 柵極電壓從邏輯上看必須是可控的，它通常以地 為參考點。而全橋逆變器的控制比較簡單，只需三組獨立控制信號，且任一時刻導(dǎo)通的兩相電流相等，只要對其中一相電流進行控制，另外一相電流也得到了控制 .因此本設(shè)計采用全橋逆變電路來控制各相位的導(dǎo)通，如圖 。其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動機定子上各相繞組。 (4)能夠?qū)崟r顯示電動車的狀態(tài)。 硬件組成 本控制器根據(jù)項目參數(shù)要求應(yīng)具有如下功能 : (1)具有電動、定速、助力三種工作模式 :在電動模式下，控制系統(tǒng)能夠根據(jù)電動車轉(zhuǎn)把所給電壓，正常加電運轉(zhuǎn) 。取決于占空比的大小，改變 a值就可改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的 .理想空載轉(zhuǎn)速與占空比a成正比。當開關(guān)管的柵極輸入高電平時，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動機電樞繞組兩端有電壓 秒后，柵極輸入變?yōu)榈碗娖?，開關(guān)管截止，電動機電樞兩端電壓為0, tz秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖剑_關(guān)管的動作重復(fù)前面的過程。 為了獲得可調(diào)的直流電壓，利用電力電子器件的完全可控性，采用脈寬調(diào)制 PWM)技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成可變大小和極性的直流電壓作為電動機的電樞端電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)就稱為直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。 在電機轉(zhuǎn)動時，控制部分會根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的速度決定功率管的導(dǎo)通時間。對于無刷直流電機，當負載變動時，一般希望速度可以穩(wěn)定于設(shè) 定值而不會有太大的變動，所以電機內(nèi)部裝有霍爾傳感器 (hallsensor)，作為速度的閉回路控制，同時也作為相序控制的依據(jù)。電源部分可以直接以直流電輸入或者以交流電輸入，如果是以交流電輸入就需先經(jīng)轉(zhuǎn)換器 (converter)轉(zhuǎn)成直流電。借助于電動自行車實體，對軟硬件參數(shù)進行測試，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化 。 ⑥ 利用 PI控 制理論實 現(xiàn)電機速度的閉環(huán)調(diào)制 。 ② 采用開關(guān)型霍爾傳感器作為電機轉(zhuǎn)子位置傳感器 。 軟件部分 在軟件方面利用 匯編語言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程 。最大工作電流 10A。驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性與安全性，促進整車效率，而且可以節(jié)約能源和降低自行車的維護成本，從而推動電動自行車的廣泛應(yīng)用。麥科集團電助動車公司研制出智能變頻電機，變頻控制器和變頻高效電機共同組成高效動力系統(tǒng)，充分利用小電流大扭矩原理，在其行過程中根據(jù)路況和載重情況及時調(diào)整輸出功率；北京新日電動車研制開發(fā)了雙動力電動車，與普通電動車相比，雙動力電動車擁有兩個動力源，可實現(xiàn)在兩個不同惡毒點留下的效能轉(zhuǎn)換，即實現(xiàn)高效動力檔和高速動力檔的轉(zhuǎn) 換；莫拉克公司開發(fā)出在騎行的同時就能給蓄電池充電的電動車，可以提高電動自行車一次充電續(xù)駛里程。 ② 永磁體安裝在轉(zhuǎn)子上、電樞繞組裝在定子上，故導(dǎo)熱性能好，產(chǎn)生的熱量更容易散發(fā)出去；結(jié)構(gòu)也變得簡單，并且節(jié)省了空間，使其磁場損失也得到了減少。此外，由于電動自行車的驅(qū)動電機是車載形式運行的，這要求電機體積小、重量輕、效率高、且具有良好的能量回饋性能。據(jù)資料介紹，全球電動第 5 頁 共 32 頁 自行車數(shù) 量，在過去 6年中，從 50萬輛。千億元的大蛋糕讓人心動，全國已經(jīng)在自行車的發(fā)展基地上自然形成了三大電動自行車板塊：以天津為首的天津、南京板塊，以上海為首的江浙板塊以及以廣州為首的廣東板塊，三足鼎立 。 據(jù)助力車專業(yè)委員會不完全統(tǒng)計，全國電動自行車的銷售量 1998年為 輛， 1999年為 14萬輛， 2021年為 29萬輛， 2021年電動自行車的實際銷量已超過58萬輛， 2021年更高達 400多萬輛，今年則可望達到 500萬輛，主要銷售在蘇浙滬、天津一帶，在鼓勵電動自行車的上海，電動自行車擁有量已達 120萬輛，其中 2021年共銷售電動自行車 40萬輛。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車用小功率電機的需求增長帶動了以永磁無刷直流電機為主體的車用小功率電機的興起，我國正在成為世界電動汽車制造業(yè)的主要供應(yīng)商 。 美國福特公司率先把無刷直流電機應(yīng)用于汽車 20世紀 80年代以來，隨著微機控制 技術(shù)的快速發(fā)展，出現(xiàn)了各種稱為無位置傳感器控制技術(shù)的方法，是當代無刷直流電機控制研究的熱點之一。現(xiàn)今，無刷直流電機集電機、變速機構(gòu)、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，形成為新一代的電動調(diào)速系統(tǒng)?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了半導(dǎo)體技術(shù)的飛躍，開關(guān)型晶體管的研制成功為創(chuàng)造新型的 無刷直流電動機帶來生機。本文還對影響控制器和單片機系統(tǒng)可靠性的因素進行了分析，并且給出了解決方案 .本文所設(shè)計的無刷電機控制器實現(xiàn)了電動、定速、助力三種工作模式并且在系統(tǒng)出錯情況下具有自檢 功能。在軟件方面利用匯編語言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。I 本 科 生 畢 業(yè) 論 文 題 目： 單片機控制的無刷直流電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)年級： 電子信息 科學(xué)與技術(shù)（ 2021 級 ） 目錄 摘要 ........................................................................................................................................ 1 ABSTRACT ................................................................................................................................. 2 1. 概論 ................................................................................................................................... 3 無刷直流電機的現(xiàn)狀 ................................................................................................... 3 電動自行車介紹及發(fā)展前景 ........................................................................................ 4 本設(shè)計的主要工作 ...................................................................................................... 6 2. 無刷電機控制系統(tǒng)分析 ....................................................................................................