电动摩托车用无刷直流电机控制系统的设计
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无刷直流电机(Brushless DC Motor，BLDCM)是随着新型电力电子器件和永磁材料的发展而成熟起来的一种新型电机，它属于同步电机的范畴，既具有交流电机运行可靠的优点，又具有传统有刷直流电机优越的调速性能，因此具有广泛的应用前景。 随着人们生活水平及环保意识的不断提高，具名“绿色化”发展理念的新型电动交通工具将在世界各地大行其道，电动摩托车必将成为人类的主要代步工具之一。采用无刷直流电机的电动摩托车作为绿色环保交通工具，具有操作简单、骑乘舒适、维护方便、污染小和噪声低等优点。 PIC系列单片机是采用精简指令集RISC技术、哈佛总线和两级指令流水线结构的高性能价格比的8位嵌入式控制器(Embedded Controll er)。在此研究的电动摩托车控制系统是一个以PIC16F737单片机为核心，无刷直流电机为控制对象的系统。 1 控制系统的实现 控制系统的原理框图如图1所示。
主要组成部分： 1)主控模块：由PIC16F737单片机、 5 V电源及外围辅助电路组成。 2)输入电路：由位置信号检测、电流信号检测电路、转把刹车信号采集电路组成。 3)输出电路：由IR2110为核心的驱动电路和逆变电路组成。 4)保护电路：由过流保护电路、过压保护电路及报警电路等组成。 工作原理：单片机作为控制核心将位置检测、电流检测的信号处理输出对应的PWM波经驱动芯片，驱动6个功率场效应管，由其组成的三相全桥驱动电路对电机进行控制，因此可以对电机进行位置环、速度环和电流环的三闭环控制。当刹车信号出现或电机出现堵转而引起电流超限时，单片机立刻切断逆变电路;当电池电压低于设定时，自动切断电机驱动电路，以防电池过放电而损坏。 1.1 系统硬件设计 1)主控模块 单片机外接口电路如图2所示。主要包括：电流采样包括瞬时电流采样信号输入量接RA0口，平均电流采样信号输入量接RA1口;过流保护中断请求连接单片机的RB0口;电池电量检测信号接RB1口，48 V电压对应的采集电压是2.66 V，低于40 V时对应的采集电压是2.1 V此时需要保护;转把调速模拟输入量接RB3口，制动手柄模拟输入量接RA2口;附加功能输入包括报警和巡航，输入量分别接RA5口和RB2口;3个霍尔转子位置传感器输入Ha、Hb、Hc信号分别接RB7口、RB6口、RB5口;逆变电路中功率开关管驱动输出，实现无刷电机电子换向及无级调速。
2)输入电路 ①霍尔信号输入 转子位置检测电路在系统中的作用有两个：检测电机定、转子的相对位置为逆变电路提供正确的换相信号;通过检测某路霍尔脉冲信号的个数，计算后转换为速度信号，构成速度反馈环节。本系统的位置信号采样是通过无刷直流电动机本身自带的霍尔元件来检测的，由于霍尔元件是集电极开路输出，其输出信号经过上拉电阻得出位置方波信号，再经过隔离电路送到单片机的引脚(U2—29、U2—30、U2—31)进行位置信号的捕捉，如图3所示。 |
