电动自行车用无刷直流电动机控制系统研究
电动自行车用无刷直流电动机控制器的设计
无刷直流电动机 ， 就其基本结构而 言， 可以认为 是一台有电子开关线 路、 永磁式 同步电动机 以及位 置传感器三者组成的“ 电动机系统” 。它借助反映 转子位置的位置信号 ， 通过驱动控制电路， 驱动逆变 电路的功率开关元件 ， 使电枢绕组依一定次序馈电， 从而在气隙中产生步进式旋转磁场， 拖动永磁转子 旋转。随着转子 的转动， 转子位置信号依一定规律
摘 要： 介绍 ｒ以 Ｄ Ｐ芯片 Ｔ ３ ０ ｂ４ ７为核心 的电 Ｓ ＭＳ２ １２ ０
电压或励磁 电流就可对其转矩实现独立 的控制 ， 进
行平 滑 的调速 ， 以有 刷直 流 电动 机 调 速 系统 具 有 所 良好 的动 态特性 和调速 品质 。但 是有 刷直 流 电动机 系统 由于 电刷和换 向器 的存 在而 导致 以下 两方 面 的
缺点 ： 第一 ， 必须进行经常性 的维修和保养 ； 第二 ， 无 法实现高速大容量。这两方面的缺点使其在电动车 驱动系 统 中的应 用受 到 限制 。而无刷 直流 电动 机
则克服 了有 刷直 流 电 动机 的缺 点 ， 既 有有 刷 直 流 它
文章编号 ：０４— ０ ８ ２０ ）２— ０ ９— ２ １０ ７ １ （０ ６ １ ０ ２ ０
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆｂ ｕ ｈｅ ｓＤＣ ｍｏｏ ｏ ｔ ｌ ｒｕ ｅ ｓｒ ｃ ： ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｒ ｓ ｌｓ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｄ ｏｅ
ｉ ｈ ｌｔｉ ｎ ｔｅ ｅ ｃｒ ｃ—ｂ ｃ ｃｅ ｂ ｓ ｄ Ｏ ｌ ＭＳ ２ Ｌ ２ ０ ａ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉｙ ｌ ａ ｅ ｉ Ｔ ３ ０ Ｆ ４ ７ ｗ ｓ ｉ！ｏ ｕ ｅ ｉ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ａ ｄ ｉ Ｗ Ｓ ｍａｒ ｙ ｍａ ｅ ｕ ｆｔ ｒ ｅ ａ ｐ ｃｓ ｈ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｎ ｔ Ｓ ｉ ｄ ｐ ｏ ｈ ｅ ｓ ｅ ｔ ，ｔ ｅ ｄ ｄ ｓｇ ｆ ｈ ａ ｄ ａ ｅ ｃｒ ｕ ｔ ａ ｌ ｈ ｔ ｔ ｇ ｆｍｏｏ ｏ ｔｏ— ｅ ｉ ｎ ｏ ｅ ｈ ｒ ｗ ｒ ｉ ｉ ｐ ｒ ，ｔ ｅｓｒ ｅ ｙ ｏ ｔ ｒ ｎ ｒ ｌ ｔ ｃ ａ ｃ ｌ ｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｕ ｌ ｒ ｆ ｈ ｏｔ ａ ｅ ｉ ｎ ｈ ｔ ｅ ｕ ｅ ｏ ｅ ｓｆｗ ｒ ． ｎ ｒ ｔ
直流无刷电动机工作原理与控制方法
直流无刷电动机工作原理与控制方法直流无刷电动机（Brushless DC Motor，简称BLDC）是一种基于电磁力作用实现机械能转换的电机。
与传统的有刷直流电动机相比，BLDC 电机不需要传统的用于换向的有刷子和槽型换向器，具有寿命长、效率高和维护方便等优点。
BLDC电机广泛应用于工业自动化、电动车辆、航空航天等领域。
BLDC电动机的工作原理如下：1.结构组成：BLDC电动机主要由转子、定子和传感器组成。
2.定子：定子是由硅钢片叠压而成，上面布置有若干个线圈，通电后产生磁场。
3.转子：转子上布置有磁铁，组成多个极对，其中每个极对由两个磁体构成。
4.传感器：BLDC电机中通常搭配有霍尔传感器或者编码器，用于检测转子位置，实现无刷电机的精确控制。
BLDC电动机的控制方法如下：1.转子位置检测：通过霍尔传感器或编码器检测转子位置，以便控制电机的相电流通断和电流方向。
2.电流控制：根据转子位置信息，利用控制算法控制电机的相电流，将电流引导到正确的相位上以实现电机的转动。
3.电压控制：根据电机转速需求，控制电机的进给电压，调整电机转速。
4.速度控制：通过调整电机的进给电压和相电流，使电机达到所需的速度。
5.扭矩控制：通过控制电机的相电流大小，控制电机的输出扭矩。
BLDC电机的控制可以分为开环控制和闭环控制两种方式：1.开环控制：根据电机的数学模型和控制算法，在事先给定的速度范围内，根据转子位置信息和电机参数计算出合适的相电流和电压进行控制。
开环控制简单，但无法实现高精度的转速和位置控制。
2.闭环控制：通过传感器实时检测转子位置和速度，在控制算法中进行比较，调整相电流和电压，使电机输出所需的速度和扭矩。
闭环控制可以实现高精度的转速和位置控制，但相对于开环控制，需要更多的硬件和软件支持。
总结起来，BLDC电动机通过转子位置检测和电流控制实现高精度的转速和位置控制。
在控制方法上，可以采用开环控制或闭环控制，根据具体应用的需求选择合适的控制方式。
BLDC无刷直流电动机闭环控制策略研究
BLDC无刷直流电动机闭环控制策略研究无刷直流电动机（BLDC）是一种采用电子换向器而不是机械刷子进行换向的电动机。
它具有高效率、高功率密度、长寿命等优点，因此在许多应用领域得到了广泛应用。
在BLDC电动机的控制中，闭环控制策略对于确保电机的稳定运行、提高系统响应速度和准确性至关重要。
本文将对BLDC无刷直流电动机的闭环控制策略进行研究，并探讨其优势和应用。
首先，我们将介绍BLDC无刷直流电动机的基本原理以及其结构。
BLDC电动机是一种同步电动机，其转子由一组永磁体构成。
与传统的直流电动机相比，BLDC电动机无需机械刷子进行换向，而是通过电子换向器控制转子的位置和电流的方向。
这种结构使得BLDC电动机具有更高的效率和寿命。
在BLDC电动机的控制中，闭环控制是一种常用的策略。
闭环控制通过测量电机的实际运行状态，例如转速、转子位置和电流，然后根据这些实际状态进行控制，实现期望的运动轨迹和性能。
闭环控制可以通过PID控制器来实现，其中P代表比例控制、I代表积分控制、D代表微分控制。
PID控制器将根据实际测量值与期望值之间的差异来调整电机的输出。
闭环控制策略在BLDC电动机控制中的优势主要体现在以下几个方面：1. 提高系统的响应速度和准确性：闭环控制可以通过及时调整电机的输出来满足期望的运动轨迹。
通过反馈控制，系统可以根据实际状态进行修正，从而提高响应速度和准确性。
2. 抵抗外界干扰：闭环控制可以通过实时测量电机的实际状态，从而抵抗外界干扰。
例如，在荷载突变或环境温度变化的情况下，闭环控制可以及时调整电机的输出，以满足系统的需求。
3. 减小稳态误差：闭环控制可以通过精确测量电机的实际状态来减小稳态误差。
稳态误差是指系统在达到期望状态时与期望状态之间的差异。
闭环控制可以通过PID控制器来调整系统的输出，以减小稳态误差并使系统更加稳定。
除了闭环控制策略，还有一些其他的控制策略可以用于BLDC电动机的控制，例如开环控制和预测控制。
永磁无刷直流电机调速控制系统的设计研究
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着人类工业社会的迅速发展，能源危机是21世纪各个国家所面临的重大危机，也是要实现可持续发展所必须解决的难题。
永磁无刷直流电机的发展历史可以追溯到上世纪四十年代，直到八十年代初期，在钕铁硼稀土这一永磁材料的突破性研究取得了巨大成果，并且加上生产力迅速提升，制造投入减小的影响，永磁无刷直流电机行业迎来了蓬勃发展。
近三十年来，随着科学研究的深入，永磁体性能得到了跃进式的提升，相应的电力电子器件的完善和蓬勃发展也促进了这一行业的迅猛发展。
永磁无刷直流电机控制系统研究方向与现代电力电子技术、现代控制理论、电机集成技术和微机技术等学科密切相关，相辅相成。
科学家们通过对其研究背景、研究意义、结构组成、工作原理、数学模型、硬件电路设计、软件设计等方面的深入研究，使得永磁无刷直流电机在拥有良好调速性能的情况下，机械换向和电刷等历史研究中出现的难点获得了解决，目前永磁无刷直流电机的用途遍布各行各业，小到家用电器，大到航空航天，都有永磁无刷直流电机的身影，发展前景不可估量。
1研究背景与意义从上世纪四十年代至今，永磁无刷直流电机的发展在实际应用上与永磁材料的突破性研究，生产力迅速提升，制造投入减小，电力电子器件的迅猛发展息息相关，在理论研究上与现代电力电子技术、现代控制理论、电机集成技术和微机技术等学科的深入研究息息相关。
由于其所具有的大功率、大转矩、高速度、高性能、微型化和数字化等特点决定了该行业宽广的发展前景，也吸引了不少科研工作者的目光。
目前永磁无刷直流电机在各行各业都得到广泛的应用，小到家用电器，大到航空航天，都有永磁无刷直流电机的身影。
基于上述原因，对永磁无刷直流电机的控制系统进行合理的、科学的、系统的研究探索是非常重要且必要的，这是现代工业发展和机电一体化所提出来的必须进行的挑战，这一研究具有深远的理论意义和实际应用价值，并且会给整个社会和相关行业带来巨大的经济效益。
直流无刷电动机原理及应用论文
直流无刷电动机原理及应用论文直流无刷电动机（Brushless DC Motor，BLDC）是一种基于电子通断器件控制电机旋转方向和速度的电动机。
相比于传统的直流有刷电动机，BLDC电动机具有更高的效率、更长的寿命、更低的噪音和更高的可靠性等优势，在各个领域得到广泛的应用。
本文将重点探讨BLDC电动机的工作原理和应用。
首先，BLDC电动机的工作原理。
BLDC电动机由定子和转子两部分组成。
定子上包含若干个线圈，并按照一定的序列连接在一起，形成一个三相对称的定子线圈组。
转子上则安装有永磁体，在齿轮上切割一定数量的磁极，使得转子上每个磁极的极性均相邻两个相同。
当BLDC电动机通电时，通过外部电子通断器件按照一定的顺序控制定子线圈的通断，从而形成一个旋转的磁场。
转子上的磁极受到这个旋转的磁场作用，从而顺应旋转运动，带动负载旋转。
BLDC电动机的应用非常广泛。
首先，在家用电器中，BLDC电动机被广泛应用于洗衣机、空调、冰箱等领域。
由于BLDC电动机具有高效、低噪音的特点，使得家用电器具有更好的性能和用户体验。
其次，在汽车领域，BLDC电动机被应用于新能源汽车、电动自行车等交通工具中。
BLDC 电动机通过电能转换为机械能，实现车辆的驱动，提高了汽车的能源利用率和环境友好性。
再次，在工业生产中，BLDC电动机被广泛应用于机械设备、工业机器人等领域。
BLDC电动机具有高效、精准的控制性能，提高了工业设备的生产效率和可靠性。
最后，在航空航天工程中，BLDC电动机被应用于航空器、卫星等航天器件中。
BLDC电动机具有体积小、重量轻、噪音低等特点，适用于空间有限的环境。
当然，BLDC电动机也存在一些挑战和发展方向。
首先，电子通断器件的性能和可靠性对BLDC电动机的工作效果至关重要。
当前，有关电子通断器件的研发和改进仍然是一个热门领域，需要进一步提升其性能和可靠性。
其次，BLDC电动机的功率密度和散热问题也需要解决。
随着电动车等领域对BLDC电动机功率需求的增加，如何在减小体积的同时提升功率密度和散热效果，是一个需要注意的问题。
无刷直流电动机控制技术研究
其 鲜 明的特 征 和使 用技 术越 来越 受到 关注 ， 已成 为微特 电机 明显 的发 展趋 势 。采 用综述 的 方 法介
绍 了无刷 直流 电动机控 制技 术的研 究意 义 ， 总结 了国 内外无刷 直 流 电动机 控制技 术 的研 究现 状 和
研 究成果， 随着控制理论和控制技术的发展， 无刷直流 电动机在调速 范围、 转矩脉 动、 系统鲁棒性 等性 能方 面都在 不断提 高。不 论是 它的 开发 、 究还是推 广 、 及仍 有很 多工作 可做 。 研 普 关 键 词： 无刷直流电动机；Ｉ ＰＤ控制 ； 智能控制 ；Ｓ ＤＰ
Ｄｅ ． ０ｏ ｃ２ ７
文 章 编 号 ：０８—１５ （０７ ０ ０３ ０ １０ ６８ ２０ ）１— ０８— ５
无刷 直 流 电动机 控 制 技 术研 究
王 芳 ， 厉 虹
（ 北京机械工业学 院 计算机及 自动化系 ， 北京 １ ０ ５ ０ ８） ０
摘
要： 无刷 直 流电动机 （ ｒｓｌ ｓｄｒｃ ｃｒ ｎ ｏｏ Ｌ Ｃ 是 新型机 电一体 化 电机 ， ｂｕｈｅ ｉ ｔ ｕｒ ｔ ｔ Ｂ Ｄ Ｍ） ｓ ｅ ｅ ｍ ｒ
ｖ ｌｐ ｎ ｎ ｅ ｃ ｆ ｍａｌ ｎ ｐ ｃａ ｌｃｒ ａ ｃ ｉｅｙ Ｔ ｅ ｓ ｎｆ ａ ｃ ｆｔｅｃ ｎｒｌｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｍｅ ｔｔ ｄ ｎ ｙ ｏ ｌ ａ ｄ ｓ ｅ ｉｌｅｅ ｔ ｃ ｌｍａｈｎ ｒ． ｈ ｉ ｉｃ ｎ ｅｏ ｈ ｏ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｅ ｓ ｉ ｇ ｉ ｏ
ａ ｈ ｅ ｅ ｎ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｔ ｃ ｎ ｌｇ ｆｂ ｕ ｈ ｅ ｓＤＣ ｍｏ ｏ ｏ ｈ ａ ｏ ｎ ｂ ｏ ｄ ａ ｅ ｓ ｃ ｉｖ ｍｅ ｔｏ ｈ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｏ ｒ ｓ ｌ ｓ ｔｒｂ ｔ ｔｈ ｍｅ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｒ ｕｍｍａ ｉｅ ｙ ｒｚ ｄ． Ｗ ｉ ｈｅ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｏ ｈ ｏ ｔｏ ｈ ｏｅ ｉｓ ａ ｄ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ，ｈ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｏ ｏ ｕ ｔ ｅ ｓ ｏ ｙ ｔｍ ， ｔ ｔ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｆｔｅ ｃ ｎｒ ｌｔ ｅ ｒ ｔｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｈ ｙ ｔ ｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｒ ｂ ｓｎ ｓ ｆｓ ｓｅ ｔｒ ｕ ｐ ｌ ａ ｄ ｓ ｅ ｄ ｒ ｎ ｅ ｈ ｖ ｌｂ ｅ ｍｐ ｏ ｅ Ｉ ｓ ｓｉ ｏ ｇ ｗａ ｏ ｇ ｏｈ ｉ ｔ ｘ ｌｉａｉｎ ｏ ｑ ｅ ｒ ｐ ｅ， ｎ ｐ ｅ ａ ｇ ａ ｅ ａ ｅ ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ． ｔｉ ｔ ｌａ ｌｎ ｙ ｔ ｏ ｂ ｔ ｎ ｉｓｅ ｐｏ ｔｔｏ ｉ ｌ ｌ ａ ｄ ｒｓａｃ ． ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ
无刷直流电动机矢量控制系统的研究
烄狌犪 ＝ 犚犻犪 ＋犱ｄψ狋犪
烅狌犫 ＝ 犚犻犫 ＋犱ｄψ狋犫
（１）
狌犮
烆
＝
犚犻犮
＋犱ｄψ狋犮
经过 ＣＬＡＲＫ 变换和 ＰＡＲＫ 变 换，在 犱狇 坐 标 系 下， 无 刷
直流电动机的电压方程为：
收稿日期：２０１６ １２ ２０； 修回日期：２０１７ ０１ １１。 作者简介：汪 雄（１９９１ ），男，安徽安庆人 ，研究生，主要 从 事 无 刷 直流电机与控制方向的研究。
１ 无 刷 直 流 电 动 机 的 矢 量 控 制
为了实现矢量控制，需要对无刷直流电动机的数学模型进
行推导。无刷直 流 电 动 机 在 犪犫犮 三 相 坐 标 系 下 的 定 子 电 压 方 程为：
无刷直流电动机矢量控制系统的研究
汪 雄，吴根忠
（浙江工业大学 信息工程学院，杭州 ３１００２３）
摘要：针对方波驱动的无刷直流电动机有输出转矩脉动较大的问题，根据无刷直流电动机非线性、多变量、强耦合的特点，建立了 以犻犱＝０为控制策略的无刷直流电动机矢量控制系统；把传统 ＰＩ控制与模糊控制相结合，对速度环设计了一种模糊 ＰＩ控制器，利用模 糊 控制对 ＰＩ控制器参数进行自整定；利用 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ搭建了无刷直流 电 动 机 矢 量 控 制 系 统 仿 真 模 型， 分 别 对 传 统 ＰＩ控 制 器 和 模 糊 ＰＩ控制器作用下的矢量控制系统进行仿真研究；仿真结果表明模糊 ＰＩ控制器性能的优越性，提高了控制系统的动态性 能 和 静 态 精 度； 以 ＳＨ７９Ｆ１６１１为控制核心，搭建了无刷直流电动机矢量控制系统的硬件实验平台，实验结果验证了控制方案的可行性。
０ 引 言
无刷直流电动机根据定子绕组反电动势和驱动电流波形的 不同可以分为方波型和正弦波型。方波型无刷直流电动机的控 制十分简单、启动转矩大并且成本低廉，但是噪声大，转矩脉 动也大。正弦波型无刷直流电动机，其反电动势设计成正弦形 状，驱动电流也为正弦波。正弦波型无刷直流电动机输出转矩 脉动小、噪声低，可以应用于精密伺服控制系统。无刷直流电 动机的优点 集 中 体 现 在 控 制 性 能 好、调 速 范 围 宽、启 动 转 矩 大 、高 效 率 等 方 面［１］。
电动车用无刷直流电机控制器的研究的开题报告
电动车用无刷直流电机控制器的研究的开题报告电动车用无刷直流电机控制器的研究开题报告一、研究背景随着环保意识的提高，电动车逐渐成为人们出行的一种新选择。
而电动车的关键部件之一——电机控制器也越来越受到人们的关注。
无刷直流电机控制器是目前电动车主流的电机控制器，具有控制精度高、能耗低、寿命长等优点。
因此，对电动车用无刷直流电机控制器的研究具有重要意义。
二、研究内容本研究将重点研究以下内容：1、无刷直流电机控制器的工作原理及控制策略研究。
2、基于FPGA硬件平台的无刷直流电机控制器设计。
3、基于MATLAB/Simulink的无刷直流电机控制算法仿真。
4、无刷直流电机控制器的试制与实验验证。
三、研究意义本研究具有以下意义：1、提高无刷直流电机控制器的控制精度和效率，提高电动车的行驶性能和节能性。
2、建立电动车用无刷直流电机控制器设计和仿真的理论和方法。
3、为我国电动车产业的发展提供技术支持和解决方案。
四、研究方法本研究将采用理论研究和实验验证相结合的方法。
具体来讲，理论研究阶段将通过文献研究和模型构建来探究无刷直流电机控制器的工作原理和控制策略，以及FPGA硬件平台和MATLAB/Simulink仿真平台的应用。
实验验证阶段将通过试制无刷直流电机控制器，并在实际电动车中进行试验，验证研究成果。
五、预期成果本研究的预期成果包括：1、无刷直流电机控制器的工作原理、控制策略及仿真分析报告。
2、基于FPGA硬件平台的无刷直流电机控制器设计方案和实现报告。
3、基于MATLAB/Simulink的无刷直流电机控制算法仿真方案和实现报告。
4、无刷直流电机控制器的试制报告及实验结果分析报告。
六、研究进展本研究目前处于前期准备阶段，正在进行文献搜集和模型构建，预计将在未来6个月内完成理论研究，开始设计和实现控制器，并逐步进行仿真和试验验证。
七、论文结构本研究将包括以下主要部分：1、绪论：介绍本研究的背景、研究内容和研究意义，以及研究方法和预期成果。
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*德国科学基金联合会基金资助项目文章编号:1005—7277(2004)03—0001—03V ol.26,N o.32004,26(3):1～32004年第26卷第3期第1页电气传动自动化E L ECTRIC D RIVE AUTOMATI O N 1引言电动自行车作为自行车史上具有革命性的交通工具,在给人们生活带来方便的同时,也对整个社会的经济产生了积极的影响。
价廉物美的电动自行车有着巨大的市场需求,许多国家也把电动自行车看作未来交通发展的趋势。
电动自行车在整车设计、驱动系统、电池管理,尤其是锂电池、燃料电池等高性能电池的研制方面不断取得突破。
驱动系统的可靠性与高效率对整个电动自行车系统有着非常重要的作用,不但可以提高整个系统的可靠性与安全性,促进整车效率,而且可以节约能源和降低自行车的维护成本,从而推动电动自行车的广泛应用。
本文利用单片机与硬件集成电路来实现整个电动自行车系统控制器的设计,采用C164CI 单片机产生PWM 信号并负责对整个系统控制、信号检测和系统保护;逻辑综合电路采用G AL16V8来进行实现,综合所有控制信号进而产生六路驱动波形;功率转换采用M OSFET (场效应晶体管),电机信号与转速采用霍尔元件检测。
微控制器和集成电路的采用增加了系统的可靠性、安全性与快速性,并有很好的灵活性,达到了很好的控制效果。
2无刷直流电动机工作原理无刷直流电动机是一种可控硅控制的变频调速同步电动机,主要包括永磁同步电动机本体、转子位置检测器(又称测频器)及可控硅变频器三个部分。
由于没有换向器,其工作特性及调速方式都与直流电动机相似,故又称这种电动机为无换向器(无整流子)直流电动机。
无刷直流电动机可以认为是一个调速系统。
实际上,它由永磁式无刷同步电动机,位置传感器和电力电子换向器开关电路三部分组成,如图1所示。
位置传感器的定子和电子换向开关电路相当于一个静止的换向器,位置传感器转子相当于旋转电刷。
根据具体的电动机,位置传感器转子每转过60°电角度就重新触发并作一次切换,每相绕组中正向电流流通120°电角度,关断60°电角度,然后电流又以相反方向流通120°电角度,再关断60°电角度,这样,随着电机转子的旋转就会周期性地触发和关断电动自行车用无刷直流电动机控制系统研究*梁正峰,王磊(同济大学信息与控制工程学院,上海200092)摘要:对电动自行车用无刷直流电动机控制系统进行研究,论述了无刷直流电动机的基本结构和工作原理,控制系统采用C164CI 单片机与集成电路来实现,能很好地运用到实际系统中,并有较好的动态性能和稳态精度。
关键词:无刷直流电动机;PWM 调压控制;C164CI 中图分类号:T M 571文献标识码:AR esearch on the control s stem of brushless DC motor for electric bic y cleLIANG Zhen g -f en g ,WANG Lei(Colle g e o f In f ormation and Contr ol En g ineer in g ,T on gj i Univ er sit y ,Shan g hai 200092,China )Abstract :T he control s y stem of brushless DC m otor for electric bic y cle is discussed.T he basic structure and w orkin g p rinci p of brushless DC m otor are introduced.T he C164CI m icrocontroller and inte g rated circuit are used for realizin g the functions of the control s y stem.I t has g ood d y nam ic characteristics and stable-state p recision and can be w ell used to p ractical a pp lications.K e y w ords :brushless DC m otor ;PWM v olta g e control ;C164CI电气传动自动化・2・2004年第3期相应的可控硅,使得电枢场始终和磁极磁场保持同步,从而使电动机转子保持在此转速下运行。
3电机控制系统实现3.1系统总体控制本系统的总体控制原理如图2所示,无刷直流电动机为8对极结构,16个磁钢,48匝绕组,处于二相导通星形三相六状态工作方式。
在本系统中,速度反馈信号来自转子位置信号的间接测量,即先将转子的位置信号进行倍频处理,然后进行频压转换产生模拟信号。
速度调整通过给定速度与反馈速度信号的误差信号来实现其PI 闭环控制。
斩波调压电路采用单片机C164CI 来完成,其产生PWM 信号,当速度误差信号增大时,PWM 脉冲占空比增大,加在电机上的导通区间电压平均增大,转子转速就升高,速度反馈量也升高,从而使得误差减小,按此规律循环动作,直到误差为0,使电机匀速运转。
逻辑综合电路主要由G AL (G eneral Arre y Lo g ic )可编程门阵列集成器件组成。
功率变换电路采用三相桥式结构,三相绕组需6个开关器件,功率驱动电路采用双通道高压高速M OS (金属氧化物半导体)功率器件栅极驱动集成芯片IR2110,它可以同时驱动2个功率器件。
3.2转子位置检测信号与电机绕组时序对应转子位置传感器是无刷直流电动机的关键部件,它对电机转子位置进行检测,其输出信号经过逻辑变换后去控制开关管的通断,使电机定子各相绕组按顺序导通,保证电机连续工作。
本系统中采用霍尔元件式位置传感器,它是一种半导体器件,是利用霍尔效应制成的。
当霍尔元件按要求通过电流并置于外磁场中时,便输出霍尔电势信号,当其不受外磁场作用时,其输出端无信号。
在此系统中共装有3个霍尔元件式位置传感器。
当无刷电机转动时,3个位置检测信号共有六态,从而可以向逻辑综合电路提供电机换向信号,以使电机能够正常运转。
如图3所示为系统所得到的位置检测信号与电机换向时相绕组时序的对应图。
图3中A ′、B ′、C ′表示位置检测信号;A 、B 、C 则表示电机三相绕组通电信号,其中三相绕组高低信号表示电机相绕组流过电流的方向。
3.3PWM 波形的产生采用16位单片机所带的功能模块来实现PWM 波的生成,C164CI 提供专为产生数字信号与事件捕获(如脉冲宽度调制与脉冲宽度测量等)而设计的CAPCOM6单元,它提供时间序列的产生与控制,使用3个16位捕获/比较通道加上一个10位比较通道。
3个16位的捕获/比较通道由定时器T 12驱动,每个可以控制两路输出。
利用定时器T 12的捕获/比较通道CC60可以产生可调占空比的PWM ,使其比较方式工作于边缘对齐模式,如图4所示。
比较时钟T 12的周期和占空比可以根据下面的公式进行计算:p v =周期值,存储在T 12P 寄存器中;cv =比较值,存储在CC60寄存器中。
边缘对齐模式:周期值=p v +1CC60输出的占空比=(1-cvp v +1)×100%在本系统中,用从C164CI的A/D 转换器通道2004年第3期・3・梁正峰,王磊电动自行车用无刷直流电动机控制系统研究*1得到的ADC 值去控制CAPCOM6的通道CC60的输出脉冲宽度,控制范围从0%～100%。
C164CI 提供了一个分辨率为10位具有片内采样/保持电路的A/D 转换器(ADC ),它采集自行车手把的电压信号来获得ADC 值。
其中,T 12为定时方式,预分频比为8,T 12P 初始值为03FEH ,其计数时钟为f c p u /8,即定时器分辨率为400ns 。
系统中获得PWM 波的程序流程图如图5所示。
3.4逻辑综合与脉冲分配电路逻辑综合电路采用G AL16V8,如图6所示。
它用于将三相位置信号A ′、B ′、C ′,从C164CI 获得的PWM 信号,系统保护信号BH 和刹车信号T Z 进行一定逻辑的综合处理,从而产生六路驱动信号,分配给逆变器的6个功率开关器件的驱动电路,G AL16V8完成的逻辑功能以程序编入器件中,并能随时修改,其操作延时为纳秒级,适于高速逻辑综合处理。
BH 为系统的保护信号,当系统过流时,经过电路处理,BH 翻转为高电平,从而该电路自动封锁六路驱动信号。
系统制动采用低位刹车信号,当握下刹车手把时,T Z 信号转变为低电位,从而封锁六路驱动信号。
此系统的具体逻辑为:S 1=(B ′&C ′)&PWM&!BH &T Z S 2=(!B ′&!C ′)&PWM&!BH &T Z S 3=(!A ′&!C ′)&PWM&!BH &T Z S 4=(A ′&C ′)&PWM&!BH &T Z S 5=(A ′&!B ′)&PWM&!BH &T Z S 6=(!A ′&B ′)&PWM&!BH &T Z 其中S 1、S 2、S 3、S 4、S 5、S 6为输入到逆变器的6个功率开关器件驱动电路的w 信号的逻辑关系式。
3.5系统其它功能系统还有里程与速度显示功能。
系统显示部分采用LED 显示,LED 显示器由4位共阴极LED 数码管构成,采用国外某公司生产的串行LED 显示驱动芯片M AX7219来完成显示的译码与数码管扫描驱动。
M AX7219采用三线SPI 接口,串行工作,最多可以驱动8位8段LED 数码管。
M AX7219可以自动对BCD 码进行译码显示,也可以直接编程显示任意的段值。
利用C164CI 的串行接口(ASC0)与M AX7219进行通信,以控制LED 正确地显示出系统的行驶里程与速度。
另外,在系统中还利用E 2PROM 器件AT 24C01来保存自行车的行驶里程值,使得系统在掉电时得以存储行驶的里程,只有在按下E 2PROM 的清除键时,系统的行驶里程值才被重置为零,并重新计算系统的里程。
4结论本文讨论了电动自行车专用稀土永磁电动机控制系统,该系统采用单片机与集成电路进行实现。
单片机的利用增加了系统的可靠性与快速性,很好地对系统进行了检测与保护,G AL 的使用增强了逻辑实现的灵活性。
同时,该控制系统已成功应用于电动自行车的控制,并取得了很好的效果。