【正文】 24 V電機(jī)的定額電流為6. 25~7. 5 A 。位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接。圖中的電動(dòng)機(jī)本體為三相兩極，三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應(yīng)的功率開關(guān)管聯(lián)接，在圖中，A相、B相、C相繞組分別于功率開關(guān)管V1, V2, V3相接。當(dāng)定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置信號(hào)變換成電信號(hào)，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定順序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。在圖1中，三只光電器件a, b和c的安裝位置各相差120176。借助安裝在電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板(亦稱截光器)的作用，使得從光源射來(lái)光線依次照射在各個(gè)光電器件上，并依照某一光電器件是否被光線照射到來(lái)判斷轉(zhuǎn)子的位置。當(dāng)N極旋轉(zhuǎn)至B (b)處，b元件輸出信號(hào)使晶體管V2導(dǎo)通而其余關(guān)斷，B相繞組通過(guò)電流，同樣產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩，當(dāng)磁極旋轉(zhuǎn)至C (c)處，其動(dòng)作過(guò)程與前兩處相同。不難看出，在換向過(guò)程中，定子各相繞組在工作氣隙中所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是跳躍式的，這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在360176。電角度。 + 電動(dòng)機(jī)本體 Z Y A U NS a b c C B 位置傳感器 X 電子開關(guān)線路 Ｖ３ Ｖ２ Ｖ１ wt AX BY CZ 120176。 360176。 0176。調(diào)速系統(tǒng)主要包括：電源電路、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路、電壓檢測(cè)、電流檢測(cè)及保護(hù)電路、轉(zhuǎn)速及位置檢測(cè)電路、剎車制動(dòng)、聲光報(bào)警、速度顯示等電路。在圖3中，蓄電池36V電壓供給控制器電源模塊，經(jīng)過(guò)電源模塊的DCDC轉(zhuǎn)換得到15V及5V的直流電壓分別供給控制器上的聲光報(bào)警模塊、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路及單片機(jī)MCU?？刂破鞲鶕?jù)調(diào)速轉(zhuǎn)把電壓值大小，模擬調(diào)節(jié)輸送給電機(jī)電壓的高低，從而控制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采樣電阻檢測(cè)負(fù)載電流，一旦電機(jī)電流過(guò)大，單片機(jī)將發(fā)出過(guò)流保護(hù)指令，避免電機(jī)及控制器的損壞[6]。它的常用引腳功能如下：(1)端口B (PB7~0)。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B保持為高阻態(tài)。系統(tǒng)使用內(nèi)部RC振蕩器時(shí)，通過(guò)設(shè)置ASSR寄存器的AS2位，可以將PB7~6作為異步定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的輸入口TOSC2~1使用。端口C為7位雙向I/O口，作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。其中PC6/RESET 引腳當(dāng)RSTDISBL位被編程時(shí)，可將PC6作為一個(gè)I/O口使用。RSTDISBL位未編程時(shí)，PC6將作為復(fù)位輸入引腳Reset。(3)端口D (PD7~0)。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D呈現(xiàn)為三態(tài)。AVCC為A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)該引腳應(yīng)道接與Vcc連接。(5)AREF。(6)ADC7~6。ATmegg88由于采用了小引腳封裝(DIP28或TQEP/MLF32 )，所以其價(jià)格僅與低檔單片機(jī)相當(dāng)，具有極高的性價(jià)比。因此，A Tmega88作為一款功能齊全、接口豐富，性價(jià)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(dòng)自行車控制器的開發(fā)[7]。PC4/PD5/PD6為上橋驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，輸出PWM信號(hào)，PD2/PD4/PD7輸出下橋驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。PD3為BREAK端口，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到電流過(guò)大時(shí)，便把信號(hào)送到此引腳，單片機(jī)執(zhí)行中斷程序，PC3為電流檢測(cè)口， PC0和PC1為液晶顯示電路時(shí)鐘信號(hào)輸入引腳，ADC6為欠壓保護(hù)引腳，ADC7為手把信號(hào)輸入引腳，同時(shí)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。 60176。 180176。 300176。轉(zhuǎn)子位置（電角度） 電機(jī)的轉(zhuǎn)速是雙閉環(huán)系統(tǒng)的一個(gè)重要反饋量，如果安裝測(cè)速器來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的硬件投資和整個(gè)系統(tǒng)的體積。經(jīng)過(guò)濾波后的脈沖信號(hào)如圖5所示,它們是脈寬為180176。的方波信號(hào)。脈沖信號(hào)再經(jīng)過(guò)處理提高其脈沖頻率后送到單片機(jī)的中斷口，通過(guò)軟件運(yùn)用算法測(cè)速，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速檢測(cè)[8]。為了使電路盡可能的簡(jiǎn)單，降低成本，本系統(tǒng)是通過(guò)位置參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得到速度信號(hào)。電角度都有一次換相，只要測(cè)得兩次換相的時(shí)間間隔△t，就可以計(jì)算出電機(jī)換相期間的平均角速度[9]。R1~，分別與R30~32構(gòu)成霍爾信號(hào)整定電路，把信號(hào)電平整定為0V或5V，使之與單片機(jī)的I/O口電平一致。無(wú)刷直流電機(jī)按霍爾元件的電角度可分為60176。電機(jī)。60176。電機(jī)則沒(méi)有(000)和(111)兩種狀態(tài)。霍爾信號(hào)數(shù)組表與霍爾相序數(shù)組表的關(guān)系是:霍爾信號(hào)的值為霍爾相序數(shù)組表的下標(biāo)，霍爾信號(hào)數(shù)組表的下標(biāo)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(shí)程序能更加迅速地查到電機(jī)換相順序。 表1霍爾信號(hào)數(shù)組表60176。電機(jī)101 100 110 010 011 001數(shù)組序號(hào)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(jī)的調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式見(jiàn)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)由此可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種：調(diào)節(jié)電樞供電電壓U，改變電機(jī)的主磁通改變電樞回路電阻R。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]。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。其具有體積小、控制方便、調(diào)速性能好、成本低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，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。本系統(tǒng)是在PWM調(diào)壓調(diào)節(jié)方式的基礎(chǔ)上來(lái)構(gòu)建無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的。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(hào)如圖7示，在每個(gè)60176。雙極性PWM控制的控制信號(hào)如圖8示，在每個(gè)60176。360176。 120176。 300176。 0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 觸發(fā)信號(hào)300176。60176。 0 120176。 V1 V3 V2 V4 V5 V6 可以看出，采用單極性PWM控制的電流波動(dòng)最大值只有采用雙極性PWM控制的電流波動(dòng)最大值的一半，因此為了減小電流脈動(dòng)和功率管的開關(guān)損耗，本電機(jī)控制系統(tǒng)采用單極性的PWM控制技術(shù)。導(dǎo)通型為星形三相六狀態(tài)。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(wú)刷電動(dòng)機(jī)的A, B, C三相繞組相連。采用全橋逆變器的無(wú)刷直流電機(jī)在120176。電角度導(dǎo)通，在換相瞬間不存在同一橋臂上下兩管同時(shí)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。導(dǎo)通方式作為換向的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，是一種具有較高效率和較好可靠性的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)[12。因此本驅(qū)動(dòng)電路采用的是美國(guó)IR公司最新6單元驅(qū)動(dòng)集成電路IR2130。導(dǎo)通方式，即任一時(shí)刻僅有兩個(gè)開關(guān)處于閉合狀態(tài)。如圖10所示，在IR2130引腳中，VB1~VB3是懸浮電源連接端，通過(guò)自舉電容為3個(gè)上橋臂功率管的驅(qū)動(dòng)器提供內(nèi)部懸浮電源；VS1~VS3是其對(duì)應(yīng)的懸浮電源地端。IR2130是MOSFET 、 IGBT功率器件專用柵極驅(qū)動(dòng)芯片，通過(guò)其內(nèi)部自舉電路，能同時(shí)驅(qū)動(dòng)橋式電路中低壓側(cè)和高壓側(cè)的功率元件。高壓側(cè)通道的輸出驅(qū)動(dòng)電源是通過(guò)自舉技術(shù)獲得的，高壓側(cè)的柵極電荷由自舉電容C1C15 、C16提供。單片機(jī)根據(jù)霍爾傳感器輸人信號(hào)經(jīng)內(nèi)部邏輯處理輸出6個(gè)控制信號(hào)，分別送到IR2130的2~7管腳，經(jīng)IB2130內(nèi)部處理產(chǎn)生6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別驅(qū)動(dòng)逆變電橋中6個(gè)功率MOSFET管。當(dāng)外電路發(fā)生過(guò)流或直通時(shí)， V時(shí)，內(nèi)部保護(hù)電路使IR2130輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)全為低電平，6只功率管全部截止，起到保護(hù)作用[14]。