本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電動(dòng)車永磁直流無刷電機(jī)控制器及控制方法。

背景技術(shù)：

燃油車輛所排放的廢氣造成的環(huán)境污染、行駛過程中造成的噪聲污染以及日益嚴(yán)重的石油資源危機(jī)，都影響著人類的生存健康和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，環(huán)境和能源問題越來越受到人們的重視，人類的環(huán)保意識(shí)和健康意識(shí)也在不斷增強(qiáng)，研制電動(dòng)摩托車作為新的能源替代具有深遠(yuǎn)意義。

電動(dòng)摩托車由車體、電機(jī)、蓄電池和控制器組成。電機(jī)是電動(dòng)摩托車的心臟，目前電動(dòng)摩托車電機(jī)通常采用永磁直流電機(jī)(輪轂電機(jī))，節(jié)省了激磁線圈工作時(shí)消耗的電能，提高了電能轉(zhuǎn)換效率，這將對(duì)使用車載有限能源的電動(dòng)摩托車來講，降低行駛電流，延長(zhǎng)了續(xù)行里程?？刂破魇请妱?dòng)摩托車的驅(qū)動(dòng)控制中心。

目前電動(dòng)摩托車控制器主要分為兩種：一種采用專用集成電路，這種方案可以降低成本，提高裝置的可靠性，但不夠靈活。另一種采用單片機(jī)等微處理器，這種方案可以非常方便地實(shí)現(xiàn)各種控制算法，提高系統(tǒng)控制的靈活性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種電動(dòng)車永磁直流無刷電機(jī)控制器及控制方法，設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的電動(dòng)車智能控制器，采用速度電流雙閉環(huán)、pwm脈寬調(diào)制技術(shù)結(jié)合數(shù)字增量pi作為系統(tǒng)的控制策略。在硬件系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了以單片機(jī)為核心的主控制器，外圍電路包括逆變電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、電流檢測(cè)電路、霍爾位置檢測(cè)電路、防盜報(bào)警電路等。在軟件系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)程序、速度電流雙閉環(huán)控制程序、a/d采樣程序、pwm發(fā)生程序、驅(qū)動(dòng)控制程序、電機(jī)自鎖程序、過壓欠壓保護(hù)程序、過流保護(hù)程序等。該控制器硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、功能完善和可靠性高，具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

其技術(shù)方案如下：

一種電動(dòng)車永磁直流無刷電機(jī)控制器，包括

(1)控制單元

主要功能是根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和來自霍爾位置傳感器的輸出信號(hào)，將它們處理成功率驅(qū)動(dòng)單元的三相全橋6組功率開關(guān)器件所要求的驅(qū)動(dòng)順序。另一個(gè)重要作用是根據(jù)信號(hào)輸入單元送來的電壓、電流和轉(zhuǎn)速等反饋模擬信號(hào)，以及隨機(jī)發(fā)出的制動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過ad變換和必要的運(yùn)算后，借助內(nèi)置的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)綜合上述各種信息的脈寬調(diào)制信號(hào)。

(2)功率驅(qū)動(dòng)單元

功率驅(qū)動(dòng)單元由分立器件構(gòu)成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅(qū)動(dòng)集成電路。

(3)逆變單元和bldcm

三相全橋逆變單元由6組功率開關(guān)器件構(gòu)成，為了滿足功率要求,系統(tǒng)采用并聯(lián)方式，即每個(gè)橋臂由多個(gè)功率mos管并聯(lián)構(gòu)成。三個(gè)橋臂的中間節(jié)點(diǎn)分別作為永磁直流無刷電機(jī)(bldcm)的三個(gè)相線的電路接口。

(4)位置檢測(cè)單元

位置檢測(cè)單元在無刷直流電機(jī)利用霍爾傳感器測(cè)定轉(zhuǎn)子磁極位置信息，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相時(shí)序，同時(shí)在控制單元中利用檢測(cè)到的位置信息間接計(jì)算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

(5)信號(hào)輸入單元

主要有電壓檢測(cè)、調(diào)速、電流檢測(cè)、防盜自鎖和剎車等輸入信號(hào)電路。其中，電壓檢測(cè)電路對(duì)蓄電池的直流母線電壓進(jìn)行檢測(cè)，通過控制單元完成過壓和欠壓的保護(hù)功能；調(diào)速是把霍爾轉(zhuǎn)把電路的輸出電壓經(jīng)過控制單元處理后，作為電機(jī)轉(zhuǎn)速的設(shè)定值，與位置檢測(cè)單元反饋的轉(zhuǎn)速進(jìn)行pi運(yùn)算后得到電流的設(shè)定值；電流檢測(cè)是對(duì)電機(jī)三相電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分別得到瞬時(shí)電流、平均電流和過流脈沖，其中瞬時(shí)電流用于系統(tǒng)的峰值限流保護(hù)，平均電流作為反饋電流參與電流的pi運(yùn)算，過流脈沖用于系統(tǒng)的過流保護(hù)。防盜自鎖電路在電動(dòng)車停放中檢測(cè)到震動(dòng)信號(hào)后，繼電器電源控制電路立即接通主電源電路，控制單元立即控制自鎖信號(hào)發(fā)生電路發(fā)出自鎖信號(hào)控制電機(jī)自鎖，并使用聲音發(fā)生電路驅(qū)動(dòng)喇叭報(bào)警。剎車電路將剎車信號(hào)通過高優(yōu)先級(jí)的中斷方式送入控制單元，經(jīng)控制單元緊急處理后關(guān)閉系統(tǒng)的運(yùn)行。

進(jìn)一步優(yōu)選，蓄電池為整個(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，其輸出一部分經(jīng)過電源單元變換后作為控制單元等模塊的供電電源，另一部分直接作為逆變單元的直流母線電壓。

一種電動(dòng)車永磁直流無刷電機(jī)控制器的控制方法，包括以下步驟：電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，控制器根據(jù)位置檢測(cè)信號(hào)計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，與設(shè)定的轉(zhuǎn)速信號(hào)的偏差值進(jìn)行增量pi運(yùn)算，得到電流的設(shè)定值；電流反饋信號(hào)經(jīng)a/d接口送入控制器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到電流的反饋值，設(shè)定值與該反饋值的偏差經(jīng)過增量pi運(yùn)算，得到電流調(diào)節(jié)器的輸出，進(jìn)而調(diào)節(jié)占空比控制功率管的通斷狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明對(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各種控制信號(hào)；產(chǎn)生相應(yīng)占空比的pwm脈寬調(diào)制信號(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；通過改變驅(qū)動(dòng)時(shí)序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)自鎖；實(shí)現(xiàn)過流、欠壓、過壓等故障保護(hù)功能。在保證電動(dòng)車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源。該控制器硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、功能完善和可靠性高，具有較高的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

附圖說明

圖1為電動(dòng)車永磁直流無刷電機(jī)控制器的組成框圖；

圖2為電動(dòng)車永磁直流無刷電機(jī)控制器的控制方法流程圖；

圖3為逆變電路；

圖4為功率驅(qū)動(dòng)電路；

圖5為電源電路；

圖6為霍爾轉(zhuǎn)把電路；

圖7為剎車把輸入電路；

圖8為霍爾信號(hào)處理電路；

圖9為電壓檢測(cè)電路；

圖10為電流檢測(cè)電路；

圖11為自鎖信號(hào)發(fā)生電路；

圖12為繼電器電源控制電路；

圖13為聲音發(fā)生電路；

圖14為喇叭驅(qū)動(dòng)電路；

圖15為軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖；

圖16為主程序流程圖；

圖17為a/d流程圖；

圖18為換向驅(qū)動(dòng)流程圖；

圖19為轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)流程圖；

圖20為雙閉環(huán)控制流程圖；

圖21為pwm流程圖；

圖22為電機(jī)自鎖流程圖；

圖23為過流保護(hù)流程圖；

圖24為欠壓、過壓保護(hù)流程圖；

圖25為巡航流程圖；

圖26為剎車流程圖；

圖27為系統(tǒng)測(cè)試波形，其中，圖(a)是相鄰兩路霍爾信號(hào)，任意一路的脈寬為180°，且相位互差120°；圖(b)是單片機(jī)輸出的某一相的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即逆變橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中一通道為電平控制信號(hào)，二通道為pwm控制信號(hào)；圖(c)是相鄰兩相的電壓波形，在其中一相施加電壓時(shí)，另一項(xiàng)繼續(xù)存在反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的衰減信號(hào)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。

電機(jī)控制器主要實(shí)現(xiàn)以下功能：對(duì)各種輸入信號(hào)進(jìn)行邏輯綜合，為驅(qū)動(dòng)電路提供各種控制信號(hào)；產(chǎn)生相應(yīng)占空比的pwm脈寬調(diào)制信號(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；通過改變驅(qū)動(dòng)時(shí)序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)自鎖；實(shí)現(xiàn)過流、欠壓、過壓等故障保護(hù)功能。在保證電動(dòng)車正常工作的前提下，提高電機(jī)和蓄電池的效率、節(jié)省能源。

1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1控制系統(tǒng)組成框圖

無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖,如圖1所示：

(1)控制單元

主要功能是根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個(gè)輸出信號(hào)，將它們處理成功率驅(qū)動(dòng)單元的6組功率開關(guān)器件所要求的驅(qū)動(dòng)順序,為了滿足功率要求,系統(tǒng)采用并聯(lián)方式(12個(gè))。另一個(gè)重要作用是根據(jù)電壓、電流和轉(zhuǎn)速等反饋模擬信號(hào)，以及隨機(jī)發(fā)出的制動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過ad變換和必要的運(yùn)算后，借助內(nèi)置的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)帶有上述各種信息的脈寬調(diào)制信號(hào)。

(2)功率驅(qū)動(dòng)單元

主要包括功率開關(guān)器件組成的三相全橋逆變電路和功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路由分立器件構(gòu)成的，也可以采用專門的集成模塊等高性能驅(qū)動(dòng)集成電路。

(3)位置檢測(cè)單元

位置檢測(cè)單元在無刷直流電機(jī)中起著測(cè)定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。

(4)信號(hào)輸入單元

主要有電壓采集、電流采集、調(diào)速、防盜自鎖和剎車等輸入信號(hào)電路。

1.2無刷直流電機(jī)控制策略

為使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)階段能維持最大允許起動(dòng)力矩，充分利用電動(dòng)機(jī)的過載能力獲得最快起動(dòng)效果，并且系統(tǒng)可在穩(wěn)態(tài)條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差的理想效果，采用上述轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)策略，結(jié)合數(shù)字控制的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了無刷電機(jī)數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。

電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，控制器根據(jù)位置檢測(cè)信號(hào)計(jì)算出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速，與設(shè)定的轉(zhuǎn)速信號(hào)的偏差值進(jìn)行增量pi運(yùn)算，得到電流的參考值；電流反饋信號(hào)經(jīng)a/d接口送入控制器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后得到電流的反饋值和參考值進(jìn)行的偏差經(jīng)過增量pi運(yùn)算，得到電流調(diào)節(jié)器的輸出，進(jìn)而調(diào)節(jié)占空比控制功率管的通斷狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制。

2、硬件設(shè)計(jì)

3.1逆變電路

系統(tǒng)采用三相全橋逆變電路來實(shí)現(xiàn)電樞繞組各相的通斷。如圖3所示，逆變電路由功率開關(guān)管v1-v12組成。逆變電路的控制采用pwm的半橋調(diào)制方式中的h_pwm-l_on調(diào)制方式來完成對(duì)無刷直流電機(jī)“兩相導(dǎo)通三相六拍”方式的控制運(yùn)行，即系統(tǒng)中上橋臂開關(guān)管采用pwm控制，下橋臂開關(guān)管常開。

在正負(fù)母線間接電容c來吸收mosfet關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，電路在一定程度上能減小母線的尖峰電壓，還可以有效防止電路板的引線引起的高頻震蕩。

2.2功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路

由于單片機(jī)的i/o端口輸出輸入電壓不能直接驅(qū)動(dòng)功率器件mosfet，所以系統(tǒng)采用分立元件搭建一種高壓高速的功率mosfet驅(qū)動(dòng)器。功率開關(guān)電路如圖4所示。

以一相為例，自舉電容c1a被+15v電源通過二極管d0a充電，并為功率開關(guān)電路的上橋臂的功率mosfet的柵極提供電壓。其中d0a保證自舉電容c1a電荷大于+15v時(shí)，電路仍能產(chǎn)生自舉作用。當(dāng)需要打開上橋臂時(shí)，應(yīng)使q0a導(dǎo)通，使得c1a的陽(yáng)極電荷通過r4a、d1a和r12a(r14a)加到v0a(v1a)的柵極上。q1a負(fù)責(zé)匹配ttl控制電平與q0a所需要的電平。而在關(guān)斷v0a和v1a時(shí)，由于q0a截止、d1a鉗位。q2a因基極被r3a拉低失去高電位而導(dǎo)通，快速瀉放掉c2a上的電荷，v0a和v1a的柵源間寄生電容上的電荷也被快速瀉放掉，從而保證了v0a和v1a快速關(guān)斷。mosfet柵極與驅(qū)動(dòng)器的輸出直接耦合時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出會(huì)產(chǎn)生電壓過沖，為削弱驅(qū)動(dòng)器輸出地過應(yīng)力，在每只mosfet上串聯(lián)如圖r12a、r14a和r13a、r15a兩組電阻。c0a為降低噪音在電源與地線之間的去耦電容。

2.3電源電路

電動(dòng)摩托車蓄電池電壓是+48v，電動(dòng)摩托車控制器包含許多部分，每個(gè)部分需要提供的電壓不同，是一個(gè)強(qiáng)電，弱電，模擬地和數(shù)字地共存的高耦合系統(tǒng)，所以需要設(shè)計(jì)電源電路來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。電源工作性能的好壞關(guān)系到整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，電源電路如圖5所示。

2.6控制信號(hào)輸入電路

2.6.1霍爾轉(zhuǎn)把輸入電路

霍爾轉(zhuǎn)把輸出與轉(zhuǎn)動(dòng)幅度成正比的模擬電壓值，調(diào)速把輸出電壓范圍為0.8-4.2v，該信號(hào)送到單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口，單片機(jī)通過片內(nèi)集成的a/d轉(zhuǎn)換器將輸入轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，運(yùn)算后根據(jù)控制算法輸出相應(yīng)占空比的pwm信號(hào)，占空比的大小決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制?；魻栟D(zhuǎn)把輸入電路如圖6所示。

2.6.2剎車把輸入電路

電動(dòng)車標(biāo)準(zhǔn)要求電動(dòng)車在剎車制動(dòng)時(shí)，控制器應(yīng)能自動(dòng)切斷對(duì)電機(jī)的供電。即：在捏剎車把時(shí)，將制動(dòng)信號(hào)傳給控制器，根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷柵極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。剎車把輸入電路如圖7所示。

2.5霍爾位置信號(hào)處理電路

霍爾位置檢測(cè)電路主要有兩個(gè)作用：一是檢測(cè)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置并提供驅(qū)動(dòng)換相信號(hào)；二是通過檢測(cè)某一路脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，經(jīng)軟件計(jì)算后轉(zhuǎn)換為速度信號(hào)，構(gòu)成速度的反饋環(huán)節(jié)?；魻杺鞲衅鞯妮敵霾捎米枞轂V波電路濾除通電機(jī)運(yùn)行過程中的噪聲干擾，同時(shí)因?yàn)榛魻杺鞲衅魇情_漏輸出，所以必須通過電阻接到電源進(jìn)行上拉?；魻栃盘?hào)處理電路如圖8所示。

2.4信號(hào)采集電路

2.4.1電壓檢測(cè)電路

直流回路電壓過大會(huì)造成功率管mosfte損壞，欠壓則可能會(huì)使電機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。如果出現(xiàn)電源電壓不足的情況，繼續(xù)放電就會(huì)對(duì)電池的壽命造成嚴(yán)重?fù)p害，因此電路設(shè)計(jì)需要考慮欠壓保護(hù)和過壓保護(hù)。電壓檢測(cè)電路如圖9所示。

2.4.2電流檢測(cè)電路

為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)的無刷直流電機(jī)控制調(diào)速系統(tǒng)，需要對(duì)定子繞組的電流進(jìn)行檢測(cè)并加以控制。對(duì)于直流母線電流的檢測(cè)不但為了實(shí)現(xiàn)零初始位置檢測(cè)，更需要實(shí)時(shí)檢測(cè)母線電流是否過流，是電流保護(hù)的重要環(huán)節(jié)。電流檢測(cè)電路如圖10所示。

2.7防盜自鎖系統(tǒng)

2.7.1報(bào)警源信號(hào)電路

當(dāng)電動(dòng)摩托車處于鎖車防盜模式時(shí)，若發(fā)生車體震動(dòng)或輪胎發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，報(bào)警控制器將產(chǎn)生自鎖觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)單片機(jī)進(jìn)入自鎖中斷執(zhí)行防盜自鎖動(dòng)作。報(bào)警源信號(hào)電路如圖11所示。

當(dāng)車體發(fā)生震動(dòng)時(shí)，震動(dòng)傳感器將震動(dòng)量轉(zhuǎn)化為電壓值；輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)輸入端直接與電機(jī)相線相連，當(dāng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其輸入端電壓將產(chǎn)生變化。由于車身震動(dòng)和車輪旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換后的電壓幅值較小，所以采用lm358對(duì)其進(jìn)行放大。

2.7.2繼電器閉和控制電路

電動(dòng)摩托車鎖車，單片機(jī)處于斷電狀態(tài)。當(dāng)鎖車防盜模式后時(shí)，若發(fā)生體震動(dòng)或車輪旋轉(zhuǎn)，報(bào)警控制器繼電器閉合接通蓄電池與單片機(jī)的供電系統(tǒng)。繼電器閉和控制電路如圖12所示。

2.7.3聲音發(fā)生電路

當(dāng)報(bào)警控制器接收到報(bào)警源輸入信號(hào)時(shí)，編碼處理輸出不同頻率的信號(hào)，經(jīng)過功率放大電路輸入喇叭，產(chǎn)生報(bào)警。聲音發(fā)生電路如圖13所示。

2.7.4喇叭驅(qū)動(dòng)電路

由于單片機(jī)i/o口的驅(qū)動(dòng)能力較弱,所以采用組合放大電路作為功率放大電路,以驅(qū)動(dòng)喇叭報(bào)警。喇叭驅(qū)動(dòng)電路如圖14所示。

3、軟件設(shè)計(jì)

硬件平臺(tái)是系統(tǒng)運(yùn)行基礎(chǔ)，但系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)除了硬件平臺(tái)的支持，還需要通過軟件的設(shè)計(jì)來配合實(shí)現(xiàn)。高效、緊湊、模塊化的軟件流程設(shè)計(jì)不僅可以提高系統(tǒng)的可靠性，而且運(yùn)行效率和可維護(hù)性也會(huì)得到相應(yīng)的提高。

軟件設(shè)計(jì)采用模塊化思想，將整個(gè)控制系統(tǒng)的軟件劃分為兩個(gè)部分，即主程序和中斷服務(wù)程序，以利于軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試、修改和維護(hù)。

3.1主程序設(shè)計(jì)

主程序負(fù)責(zé)建立整個(gè)程序的一個(gè)運(yùn)行框架，主要完成電機(jī)起動(dòng)和系統(tǒng)初

始化任務(wù)。

3.2中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)

中斷服務(wù)程序是系統(tǒng)軟件的核心部分，主要是為了保證無刷直流電機(jī)在工作的時(shí)候能夠準(zhǔn)確無誤的獲取轉(zhuǎn)子位置信息，并進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的調(diào)節(jié)，同時(shí)確定pwm信號(hào)相應(yīng)的輸出設(shè)置，以此來保證無刷直流電機(jī)工作過程中電子電樞繞組的正確換相。

3.2.1a/d采樣

電池電壓、轉(zhuǎn)把輸入和電流檢測(cè)等均為模擬量輸入，而單片機(jī)處理的是數(shù)字量，必須通過a/d將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

3.2.2驅(qū)動(dòng)控制程序

霍爾傳感器將電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)采樣后，直接送入單片機(jī)與上一時(shí)刻信號(hào)相比較。

3.2.3轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)程序

轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)程序?qū)Q向驅(qū)動(dòng)程序非常重要，轉(zhuǎn)子位置信息為轉(zhuǎn)速估算程序、電流采樣程序、pwm導(dǎo)通關(guān)斷邏輯提供重要信息。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件，使用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，捕獲一路霍爾信號(hào)輸出的相鄰兩次換相時(shí)間間隔，可計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速，設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘16mhz，計(jì)數(shù)器經(jīng)過128分頻，轉(zhuǎn)速計(jì)算公式如下：

在每個(gè)電角度周期，電機(jī)有6個(gè)位置狀態(tài)，同時(shí)也有6個(gè)邊沿捕捉動(dòng)作；p—電機(jī)極對(duì)數(shù)；tout—相鄰兩次換相時(shí)間間隔；

3.2.4雙閉環(huán)控制程序

轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制模塊是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心，包括轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)器和電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨轉(zhuǎn)速把輸入而變化，要求穩(wěn)態(tài)性能好，適應(yīng)性強(qiáng)，采用增量pi式控制策略；電流調(diào)節(jié)器使電機(jī)在最大允許電流下快速起動(dòng)，減小過渡過程時(shí)間。轉(zhuǎn)速外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸入為速度給定值和速度反饋值的偏差，通過速度增量pi運(yùn)算，得到電流調(diào)節(jié)器的給定值；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)器得參考值，為和電流反饋值的偏差，通過電流增量pi運(yùn)算后調(diào)節(jié)控制器輸出相應(yīng)占空比的pwm，從而實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的調(diào)速。

3.2.5pwm程序

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制算法要通過pwm波形控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷去實(shí)現(xiàn)。通過改變pwm波的占空比來調(diào)節(jié)輸入到電機(jī)的電壓實(shí)現(xiàn)單電機(jī)調(diào)速。因此，pwm波發(fā)生模塊需要完成兩大任務(wù)：①正確導(dǎo)通電機(jī)的定子相繞組，使定子繞組能提供持續(xù)的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動(dòng)繞組；②根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)節(jié)pwm波的占空比，穩(wěn)定電機(jī)在給定轉(zhuǎn)速。

3.2.6防盜自鎖程序

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電機(jī)自鎖防盜功能，報(bào)警控制器接受并處理報(bào)警源信號(hào)，并提供電機(jī)自鎖信號(hào)，觸發(fā)單片機(jī)執(zhí)行自鎖動(dòng)作。

3.2.9系統(tǒng)保護(hù)

為保障系統(tǒng)的運(yùn)行安全，設(shè)有母線電壓過壓故障、母線電壓欠壓故障、過電流故障的檢測(cè)。

(1)過流故障檢測(cè)通過硬件電路檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)，然后處理器通過i/o口讀取過流故障信號(hào)判斷有否過流故障發(fā)生。當(dāng)檢測(cè)到有過流故障發(fā)生的時(shí)候，系統(tǒng)停機(jī)，封鎖pwm輸出信號(hào)。系統(tǒng)的過流點(diǎn)設(shè)置為30a。

(2)欠壓、過壓保護(hù)

欠壓保護(hù)是為了防止蓄電池過度放電而設(shè)計(jì)的。蓄電池過度放電將致使電池內(nèi)阻增大，輸出的電壓也會(huì)相應(yīng)的降低對(duì)電池的壽命將造成嚴(yán)重的損害。過壓保護(hù)是為了防止蓄電池電壓太高，損壞功率器件，對(duì)系統(tǒng)造成不必要的損失。

3.2.7巡航程序

如果電動(dòng)摩托車行駛在平穩(wěn)而且交通狀況良好的地段，可以保持一個(gè)較平穩(wěn)的速度行駛，但轉(zhuǎn)把手柄需要保證處于同一個(gè)位置來實(shí)現(xiàn)定速。

3.2.8電子剎車程序

在電動(dòng)摩托車的行駛過程中，難免會(huì)有意外情況的發(fā)生，這時(shí)剎車功能就變得尤為重要。電子剎車是通過剎車處理程序，給電機(jī)一個(gè)制動(dòng)力，使電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生間斷性、周期性的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有效地防止了由于機(jī)械剎車時(shí)整車滑行的現(xiàn)象，提高了整車的可靠性和騎行者的安全性。

4、系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)上電前要檢查檢查電路板是否存在元件安裝錯(cuò)誤、焊接錯(cuò)誤、短路和斷路等情況，測(cè)試待機(jī)狀態(tài)下的穩(wěn)定性，其中主要測(cè)試各個(gè)芯片、功率開關(guān)器件和電壓轉(zhuǎn)換器件的工作狀況，包括工作電壓、溫度等。

在保證硬件的可靠性后，測(cè)試軟件模塊的輸出。首先測(cè)試pwm輸出模塊，利用示波器觀察pwm模塊輸出的波形的周期和占空比是否正確。然后測(cè)試位置傳感器的輸入信號(hào)是否和處理器輸出的pwm波形對(duì)應(yīng)，同時(shí)功率開關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷應(yīng)當(dāng)與控制器的pwm波形邏輯保持相對(duì)應(yīng)。

圖27中，圖(a)是相鄰兩路霍爾信號(hào)，任意一路的脈寬為180°，且相位互差120°；圖(b)是單片機(jī)輸出的某一相的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即逆變橋的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中一通道為電平控制信號(hào)，二通道為pwm控制信號(hào)；圖(c)是相鄰兩相的電壓波形，在其中一相施加電壓時(shí)，另一項(xiàng)繼續(xù)存在反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的衰減信號(hào)。

在調(diào)試過程中，由于條件限制，在系統(tǒng)雙閉環(huán)控制策略的調(diào)試中，給電機(jī)人工施加負(fù)載時(shí)，先調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速外環(huán)的pi參數(shù)，然后調(diào)節(jié)電流內(nèi)環(huán)的pi參數(shù)。負(fù)載增加導(dǎo)致系統(tǒng)的功率也隨之增加，電源轉(zhuǎn)換器件和功率開關(guān)器件等元器件的發(fā)熱量會(huì)增加，但是不會(huì)出現(xiàn)個(gè)別器件嚴(yán)重發(fā)熱的狀況。調(diào)試過程中發(fā)熱器件主要集中在功率開關(guān)器件mos管上。所以在測(cè)試和運(yùn)行情況下，有必要對(duì)功率開關(guān)器件mosfet管加裝散熱片以輔助散熱，降低工作環(huán)境溫度。另外，由于電壓穩(wěn)壓器件得發(fā)熱量也比較大，所以也應(yīng)該對(duì)其作散熱處理。

經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，各項(xiàng)功能模塊均工作正常，電機(jī)起動(dòng)平穩(wěn)、加速平滑，電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速可調(diào)；能夠?qū)崿F(xiàn)52v過壓和42v欠壓保護(hù)；在運(yùn)行過程中突加負(fù)載能夠?qū)崿F(xiàn)30a的過流保護(hù)；當(dāng)轉(zhuǎn)速把保持10s不變，電機(jī)即進(jìn)入巡航狀態(tài)；遇到突發(fā)狀況需要立即停車時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)柔性電子剎車；通過示波器對(duì)各功能模塊的波形觀察，能夠說明電路設(shè)計(jì)可靠，系統(tǒng)工作正常。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡(jiǎn)單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。