【正文】 由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫(xiě)論文難免有不足和欠缺之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)和指正！26。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。在此也要感的寶貴意見(jiàn)，還要感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中給予我很多材料和生活中的鼓勵(lì)幫助，還在論文的撰寫(xiě)和排版過(guò)程中提供熱情的建議。僅授我以文，而且教我做人，使我終生受益無(wú)窮。 本論文是在徐坤講師的悉心指導(dǎo)之下完成的。、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹諊涛仪髮W(xué)，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實(shí)的校園生活育我成人。因此能否將二者的優(yōu)點(diǎn)加以結(jié)合成為未來(lái)研究的重點(diǎn)。（3）低成本的速度檢測(cè)及在此條件下的軟件算法的研究[18]。今后電動(dòng)自行車(chē)的發(fā)展方向是高檔化、智能化、人性化。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)沒(méi)有全部采用數(shù)字分析方法。因此長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，消除低速運(yùn)行時(shí)的力矩抖動(dòng)現(xiàn)象有待深入研究。我認(rèn)為在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上值得深入研究的內(nèi)容如下：（1）電動(dòng)車(chē)低速運(yùn)行時(shí)力矩的抖動(dòng)現(xiàn)象。在電路設(shè)計(jì)中留有接口，為后續(xù)功能升級(jí)改進(jìn)提供了方便。實(shí)現(xiàn)了程序模塊化和較好的易讀性，便于用戶(hù)修改。簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，側(cè)重于軟件實(shí)現(xiàn)，降低了故障率。能夠解決影響電動(dòng)自行車(chē)直流無(wú)刷電機(jī)控制器性能的突出問(wèn)題，使控制器的可靠性、穩(wěn)定性、人性化以及運(yùn)行性能有了進(jìn)一步提高。相電流減小至正常值后，系統(tǒng)恢復(fù)正常，相電流波形正常。在這個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)試中，得到的堵轉(zhuǎn)保護(hù)相電流波形如圖19所示。從圖中可以看出，采用柔性電子剎車(chē)時(shí)，產(chǎn)生的反向力與當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)速有較大關(guān)系，而且反向力作用的方向始終與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，使電機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸降低。在柔性電子剎車(chē)的測(cè)試中，先使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到2000RPM。啟動(dòng)完畢，電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后，轉(zhuǎn)矩基本保持穩(wěn)定。圖16 PWM波形圖17 無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩仿真波形對(duì)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行模擬仿真，得出的轉(zhuǎn)矩波形如圖17所示。由圖示可以看出，在系統(tǒng)采用軟啟動(dòng)時(shí)，PWM波輸出大致呈直線上升，此時(shí)處于開(kāi)環(huán)控制。采用額定電壓24V，額定功率60W，轉(zhuǎn)速3000RPM的帶霍爾傳感器的永磁無(wú)刷直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。模塊化的設(shè)計(jì)方法也減輕了各子程序模塊之間的相互依賴(lài)關(guān)系，使程序運(yùn)行更加可靠。本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用功能細(xì)分的子模塊設(shè)計(jì)，使程序易于分析，為后續(xù)檢查錯(cuò)誤奠定了有利的基礎(chǔ)[17]。 抗干擾設(shè)計(jì)軟件的可靠性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。加入堵轉(zhuǎn)保護(hù)設(shè)計(jì)以后，當(dāng)速度設(shè)定值較高而電機(jī)又無(wú)法正常轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)持續(xù)1秒（可由程序設(shè)定）時(shí)，關(guān)閉系統(tǒng)PWM波輸出。由于沒(méi)有按照正確順序進(jìn)行電子換相，換相電流難以釋放，因此該相的相電流較大。這樣控制器每否定一次相關(guān)性判斷，電機(jī)相電流就減小一次，直到控制器停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)還對(duì)電機(jī)進(jìn)行“速度電流”控制，控制器根據(jù)采樣計(jì)算判斷電機(jī)相電流與電機(jī)速度是否保持在設(shè)定范圍內(nèi)。過(guò)流保護(hù)電路可以對(duì)MOS管進(jìn)行保護(hù)，將電機(jī)最大相電流限制在設(shè)定范圍之內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)獲取到的電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)MOS管，防止MOS管上大電流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生不可恢復(fù)的損壞。 保護(hù)模塊欠壓保護(hù)電路通過(guò)對(duì)電池電壓進(jìn)行采樣，當(dāng)電池電壓下降到設(shè)定值時(shí)關(guān)閉PWM波輸出，使蓄電池不會(huì)因過(guò)放而造成不必要的損傷。為了使電機(jī)繞組中的電流不發(fā)生突變引起保護(hù)電路工作，當(dāng)按下剎車(chē)鍵時(shí)，可以把正常騎行時(shí)的占空比逐漸緩慢地減為0，之后關(guān)閉全橋，然后再開(kāi)通上橋。是否檢測(cè)是否有剎車(chē)信號(hào)減小PWM占空比直至0關(guān)斷所有MOS管延時(shí)下橋MOS管導(dǎo)通三路PWM占空比由100%減小到0結(jié)束開(kāi)始圖15 柔性剎車(chē)部分流程圖EABS的理論依據(jù)是能量反饋制動(dòng)原理，進(jìn)入EABS時(shí)，先關(guān)斷所有大功率MOS管，然后使所有上橋大功率MOS管導(dǎo)通，且只采用上橋PWM波脈寬調(diào)制方式，使PWM波的占空比從100％迅速減小至0。 柔性電子剎車(chē)模塊柔性電子剎車(chē)（EABS）是目前用在汽車(chē)上比較成熟的一個(gè)重要的安全保護(hù)功能，EABS的性能可以體現(xiàn)出控制器的技術(shù)含金量，也是使電動(dòng)自行車(chē)鶴立雞群的一大優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)電源電壓和電機(jī)相電流，假如獲取得到的檢測(cè)值超出設(shè)定值，進(jìn)入相應(yīng)的保護(hù)子程序。是否是是是否否否保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)堵轉(zhuǎn)保護(hù)柔性電子剎車(chē)換相及換相補(bǔ)償是否堵轉(zhuǎn)是否剎車(chē)是否換相是否過(guò)流過(guò)流保護(hù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等待下次中斷中斷開(kāi)始圖14 中斷服務(wù)程序流程圖定時(shí)中斷服務(wù)子程序是系統(tǒng)軟件的核心，完成整體電路的所有功能。之后根據(jù)不同狀態(tài)位進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序并執(zhí)行，相關(guān)的中斷服務(wù)執(zhí)行結(jié)束后應(yīng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志位。在軟件設(shè)計(jì)中，調(diào)速手柄產(chǎn)生的模擬電壓經(jīng)采樣變換后，如果調(diào)速手柄產(chǎn)生的電壓值在程序設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)沒(méi)有較大的變化，電動(dòng)車(chē)就自動(dòng)進(jìn)入巡航狀態(tài)。自動(dòng)巡航的實(shí)現(xiàn)應(yīng)滿足當(dāng)霍爾調(diào)速手柄的輸入電壓值在設(shè)定的參考值之間，并且保持輸入的電壓值至少5秒（可以由程序設(shè)定），電動(dòng)車(chē)即可進(jìn)入自動(dòng)巡航模式，按照進(jìn)入自動(dòng)巡航前的速度繼續(xù)行駛。是否保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)換相標(biāo)志位置0恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)故障標(biāo)志位為1中斷結(jié)束查表確定換相并換相輸出進(jìn)入中斷圖13 電子換相程序 巡航程序模塊電動(dòng)車(chē)根據(jù)進(jìn)入巡航功能方式不同，可以分手動(dòng)巡航和自動(dòng)巡航。當(dāng)結(jié)束正常換相后，應(yīng)把換相標(biāo)志置為0，以便進(jìn)行下一次換相[15]。電子換相子程序通過(guò)查表的方法確定電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。而當(dāng)檢測(cè)到的狀態(tài)為000時(shí)，說(shuō)明此時(shí)電動(dòng)機(jī)還處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)就要運(yùn)行開(kāi)環(huán)PWM調(diào)速子程序進(jìn)行軟啟動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)從靜止到達(dá)到一定轉(zhuǎn)速的過(guò)程。轉(zhuǎn)子位置信號(hào)是通過(guò)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)自身內(nèi)部的霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)得到的，由于霍爾傳感器中的霍爾元件是集電極開(kāi)路輸出的，其輸出信號(hào)通過(guò)上拉電阻可以得到位置方波信號(hào)，高電平置l，低電平置0，以低三位表示霍爾傳感器Hc，Hb，Ha位置信號(hào)的狀態(tài)，則可得到從001到110六種不同的狀態(tài)。系統(tǒng)整體流程圖如圖12所示。當(dāng)再次獲取到的電流值小于故障電流值時(shí)，使PWM波重新輸出，這部分程序放在對(duì)突發(fā)事件的中斷處理中[14]。第2類(lèi)過(guò)流：當(dāng)前獲取到電流值大于程序中設(shè)定的故障電流值。此時(shí)沒(méi)有必要禁止輸出，而只需稍微減小輸出PWM波的占空比即可實(shí)現(xiàn)降低回路電流的保護(hù)要求。過(guò)流保護(hù)在程序中有2種情況。循環(huán)主體部分包括對(duì)轉(zhuǎn)把信號(hào)和電源電壓采樣，獲取剎車(chē)信號(hào)并處理以及實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)調(diào)速。主程序分為初始化和循環(huán)主體兩大部分。（4）使電動(dòng)車(chē)及控制器的安全可靠運(yùn)行。（3）無(wú)刷直流電機(jī)速度電流雙閉環(huán)控制。（2）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)各項(xiàng)功能設(shè)計(jì)。軟啟動(dòng)時(shí)，PWM占空比由轉(zhuǎn)把和軟件共同控制。只有當(dāng)啟動(dòng)自檢時(shí)電源電壓大于設(shè)定值，經(jīng)過(guò)軟啟動(dòng)過(guò)程，內(nèi)部各電路模塊才開(kāi)始正常工作，輸出PWM波[12]。監(jiān)控信號(hào)由經(jīng)過(guò)電源的分壓電阻分壓產(chǎn)生，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字信號(hào)，與程序中預(yù)先設(shè)定的值比較，判斷電源是否欠壓，如果低于設(shè)定值則認(rèn)為是欠壓，使單片機(jī)停止輸出PWM波。圖11所示為轉(zhuǎn)把輸入電路，其中J3為霍爾手柄接口。圖10 霍爾位置檢測(cè)電路 轉(zhuǎn)把輸入電路電動(dòng)自行車(chē)的在行駛過(guò)程中，并不會(huì)以恒定的速度運(yùn)行，有時(shí)需要加快速度，有時(shí)需要減慢速度，因此調(diào)速是電動(dòng)自行車(chē)不可缺少的一個(gè)功能。同時(shí)為了消除單片機(jī)控制電路對(duì)霍爾傳感器的影響，采用二極管隔離。PWM波驅(qū)動(dòng)無(wú)刷直流電機(jī)是依靠霍爾傳感器獲取的位置信號(hào)控制逆變器電子換流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。安裝霍爾元件時(shí)，應(yīng)使其盡量靠近永磁體，否則會(huì)造成輸出信號(hào)電平太低，影響正常工作?；魻柺轿恢脗鞲衅骶哂袠?gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低、體積小、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)。霍爾傳感器是一種半導(dǎo)體器件，利用霍爾效應(yīng)制成。因此，能否有效控制無(wú)刷直流電機(jī)取決于轉(zhuǎn)子位置的精確測(cè)定。采樣比較電路如圖9所示。電路運(yùn)用LM358構(gòu)成電流比較電路，經(jīng)放大后輸出信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換端口，之后輸送給單片機(jī)，完成電流采樣。第2種方案對(duì)于A／D轉(zhuǎn)換的精度以及軟件數(shù)據(jù)處理速度有一定的要求，其優(yōu)點(diǎn)在于造價(jià)低。方法為：在直流繞組側(cè)接合適阻值以及功率的分流電阻，通過(guò)測(cè)量分流電阻上的電壓，可以得到直流回路中的電流值；然后對(duì)比直流電機(jī)三相繞組的各相相電壓就可以確定采樣獲取到的電流屬于哪一相?，F(xiàn)在電流檢測(cè)模塊種類(lèi)很多，具有使用方便、反應(yīng)靈敏、報(bào)警值可調(diào)和多路檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)；但是成本較高，不易排查故障。因此用電流檢測(cè)電路來(lái)時(shí)時(shí)監(jiān)控電流大小必不可少，以便電流過(guò)大時(shí)及時(shí)發(fā)