单片机在电动车永磁直流电机控制系统设计中的应用
谈单片机编程在《新能源汽车电机控制系统》教学中的应用
谈单片机编程在《新能源汽车电机控制系统》教学中的应用摘要《新能源汽车电机控制系统》这门课的核心内容是电机的控制。
我们学校的新能源汽车班级在课程的安排上有《单片机原理与应用》课，学生先期学习了，为了讲好无刷直流电机的控制过程，正好可以借助单片机的相关知识。
通过Keil软件编程， Proteus软件制作控制电路，仿真运行，电机正常运转。
学生感觉学有所获。
关键词无刷直流电机、单片机、 Keil编程、Proteus仿真0前言《新能源汽车电机控制系统》这门课的核心内容是电机的控制，老师为了讲好，让学生能明白，仅靠简单的动画达不到目的。
我们学校新能源汽车专业在课程的安排上有《单片机原理与应用》课，学生先期学习了，我正好可以借助单片机的相关知识讲解无刷直流电机的控制过程。
1无刷直流电机的结构及控制原理无刷直流电机没有电流换相器，靠电子开关来实现换相。
转子是永磁体，定子内部安装有三相对称的绕组，电子开关控制三相绕组二二导通，产生旋转磁场，拖动转子转动。
无刷直流电动机控制系统如图1所示。
控制电路根据位置传感器信号、转速、电流等，经逻辑控制单元产生6个电子开关管的开关信号。
驱动电路起脉冲宽度调制（PWM）的作用，能计算出电压型逆变器输出的脉冲占空比。
图1 无刷直流BLDC电动机的控制原理图6个电子开关管导通模型如图2所示，导通次序依次为：12、23、34、45、56、62、12……，一直循环下去。
图2电流导通模型图2 单片机控制流水灯我们学习过单片机很容易实现这个流水灯（LED）的亮和灭。
2.1流水灯的编码低电平时灯亮，高电位时灯灭。
两个灯依次点亮的编码为下表所示：2.2用Keil软件编写代码代码如下：#include#define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit S1=P1^0;bit flag1,flag2;uint count,tt;uchar code zz[6]={0xfc,0xf9,0xf3,0xe7,0xcf,0xde}; void delay(uint N);void anniu(){if(S1==0){delay(15);if(S1==0){P0=0xfc;flag1=1;while(!S1);}}}void delay(uint N){uint i;for(i=N;i>0;i--);}void main(){TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;TMOD=0X01;EA=1;ET0=1;TR0=0;tt=0;P0=0xff;while(1){anniu();if(flag1==1)TR0=1;}}void time0() interrupt 1 //中断、计数{TH0=(65536-1000)/256; //定时器1ms中断一次，控制电机时选用0.1ms TL0=(65536-1000)%256;count++;if(count==100) //此处数值的改变可以改变灯亮灭的快慢{count=0;tt++;if(tt>=6) tt=0;P0=zz[tt];}}2.3 在Proteus中仿真运行将生成的Hex文件放入到Proteus中仿真运行，达到预期效果。
基于单片机的电动车控制器
基于单片机的电动车控制器一．设计要求1.显示：实时显示电瓶的电量；车速2.线性调速功能：要求采用传统的手把调速方式（通过线性霍尔传感器），此处对霍尔器件的电压处理要求利用压频转换来代替A/D转换。
3.具备完善的保护功能：如过载保护、欠压保护、短路保护和防飞车等功能。
电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。
微型计算机的出现给人类生活带来了根本性的变化，使现代科学研究发生了质的飞跃，单片机技术的出现给现代生活带来了一次新的技术革命。
本设计主要是设计一个由单片机控制的电动车控制器系统，操作者可通过系统的按钮控制电动车的旋转速度电量和里程。
同时为了可以直观的看出电动车的运行状态，其旋转速度和当前电量可以在数码管上显示出来。
2 总体设计方案2.1 设计思路根据电动车的工作原理可以知道，电动车控制器是通过霍尔速度转把采集信号，然后通过数模转换将信号传给单片机，利用单片机控制输出用改变功率管控制信号PWM的方法来控制电动车的转速，用霍尔元件A44E安装在车轮上，车轮每转一圈霍尔器件就会给单片机一个脉冲，单片机根据这个脉冲的频率来计算车速，另外为了保护电池当电池电压下降到一定程度的时候要有警示电路（用普通发光二极管警示）。
并且要设计配套的刹车保护、欠压保护、过流保护等保护电路。
2.1.2 电动车电机的选用目前电动车电机普遍采用永磁直流电机。
所谓永磁电机，是指电机线圈采用永磁体激磁，不采用线圈激磁的方式。
这样就省去了激磁线圈工作时消耗的电能，提高了电机机电转换效率，这对使用车载有限能源的电动车来讲，可以降低行驶电流，延长续行里程。
本设计也选用此永磁直流电机。
2.1.3设计框图如下图1。
图1总设计框图3 设计原理分析3.1、硬件设计本设计的硬件电路主要包括最小系统、时速控制电路、显示电路、驱动电路四大部分组成。
单片机在电动车控制系统中的应用
单片机在电动车控制系统中的应用在现代社会中，随着环境意识的提高和对能源资源的节约利用的需求，电动车作为一种绿色、环保的交通工具正变得越来越受人们的关注和青睐。
而作为电动车的核心控制部分，单片机的应用在电动车控制系统中扮演着重要的角色。
本文将就单片机在电动车控制系统中的应用进行探讨。
一、单片机在电动车电机控制中的应用在电动车中，电机是实现车辆动力输出的重要部件。
而单片机通过对电机进行精确控制，能够提高车辆的性能以及节能效果。
首先，单片机可通过控制电机的起动、停止以及转速等参数，实现对电机的精确控制，进而实现车辆的平稳启动和稳定行驶。
其次，单片机还能够根据驾驶者的需求对电机的输出功率进行调节，从而实现对电动车的动力调控。
最后，单片机还能够监测电机的工作状态，以及对其进行保护和故障诊断，提高了电机的使用寿命和可靠性。
二、单片机在电动车电池管理中的应用电池是电动车的能量储存部件，其管理对于电动车的续航里程和使用寿命至关重要。
而单片机通过对电池的充放电管理，能够提高电池的充电效率和使用寿命。
首先，单片机可以通过充电管理算法，对电池的充电过程进行控制和优化，以提高充电效率和减少充电时间。
其次，单片机还能够实现对电池的放电过程进行管理和控制，以避免电池的过度放电和提高电池的使用寿命。
此外，单片机还可以对电池的状态进行监测和诊断，提前发现电池的故障，并通过保护电路进行保护，从而提高电池的安全性。
三、单片机在电动车充电桩控制中的应用电动车充电桩是电动车进行充电的设备，而单片机在充电桩控制中起到了至关重要的作用。
首先，单片机可以通过与车辆通信，实现对充电桩的识别和对接，确保充电的安全可靠性。
其次，单片机还可以通过控制充电桩的输出电压和电流，实现对电动车充电过程的精确控制，以提高充电的效率和减少充电时间。
同时，单片机还可以对充电桩的功率进行监测和控制，以避免充电桩的过载和故障，提高充电桩的使用寿命。
总结起来，单片机在电动车控制系统中具有重要的应用价值。
光电驱动电动车的研究——单片机控制系统论文
本科毕业论文（设计）论文题目：光电驱动电动车的研究—单片机控制系统学生姓名：所在院系：机电学院所学专业：应用电子技术教育导师姓名：完成时间：摘要本文从光电驱动电动车控制系统的要求着手，分析和讨论了系统各部分的电路原理以及实现方法。
在光电转换的配合下，根据永磁无刷直流电动机的特性，实施脉宽PWM控制；在霍尔传感器检测位臵的基础上，通过回馈制动的控制方式，接收电动车下坡、减速以及停车的机械能量，馈送蓄电池，以节约电能。
综合采用AT89C2051单片机芯片控制系统，使控制更加合理。
关键词：单片机，直流电机，传感器，脉宽调速，回馈制动A Study of Photoelectric Driven Electric Vehicles—single-chip microcomputer systemAbstractThis article from the requirements of the photoelectric control system for electric vehicle drive to proceed. Analysis and discussion of the various parts of the system circuit and method. Photoelectric conversion in the co-ordination, in accordance with the characteristics of Permanent magnet brushless DC motor, to control the implementation of PWM pulse width, based on the Detection of the location of the Hall sensor, Through feedback control of the brake, To Receive the mechanical energy of the electric cares’s downhill、Slow down and stop Feed batteries to save power，A combination of single-chip microcomputer chip control system AT89C2051，More rational of control.Key words: microcontroller, DC motors, sensors, PWM, back brake目录1 绪论 (1)1.1电动自行车发展现况 (1)1.2电动自行车的改进 (2)2系统硬件电路设计 (2)2.1电动车总体结构框图 (2)2.2总体电路设计 (3)3无刷直流电动机 (3)3.1 无刷直流电动机的工作原理 (4)3.2无刷电机的结构 (4)3.2.1 供电电源 (4)3.2.2 位臵传感器 (5)4 PWM控制技术 (5)4.1PWM技术的原理 (5)4.1.1 PWM波的产生 (6)4.2PWM波的调速原理 (6)4.3PWM波的调速方法 (6)5 回馈制动 (7)5.1回馈制动的控制原理 (7)5.2回馈制动的实现原理 (7)6 AT89C2051芯片介绍 (8)6.1概述 (8)6.2主要功能特性： (9)6.3AT89C2051引脚功能说明： (9)6.4定时器 (10)6.4.1 定时器概述 (10)6.4.2定时器的控制 (11)6.5两种低功耗模式 (12)6.5.1 空闲模式 (12)6.5.2掉电模式 (13)6.6振荡器 (13)6.6.1振荡器连接端 (13)6.6.2振荡器特征 (13)7 程序设计 (14)7.1程序流程图 (14)7.2中断程序流程图 (15)8 结束语 (15)致谢 (16)参考文献 (17)附录一电路总图 (18)附录二控制程序 (19)1绪论电动自行车作为一种有效替代燃油车的绿色交通工具，拥有节能、环保、便捷三大优点，在减轻或消除城市环境污染方面将发挥着越来越大的作用。
电动机的单片机控制
电动机的单片机控制电动机调速系统可分成三大部分;即控制、驱动、反馈;一、单片机在电动机控制中主要作用1、PWM口广泛地应用在直流电动机控制中,它一经初始化设定后自动发出PWM控制信号,CPU只是在需要调整参数时才介入;2、新型单片机的捕捉功能在电动机控制中用于测频;它相当于老式单片机中用计数器与外中断联合测频功能;3、电动机是一个电磁干扰源,除了采用必要的隔离、屏蔽和电路板合理布线等措施外,看门狗的功能就会显得格外重要;看门狗在工作时不断地监视程序运行的情况;一旦程序“跑飞”,会立刻使单片机复位;4、功率集成电路是电力电子技术与微电子技术相结合的产物;它将半导体功率器件与驱动电路、逻辑控制电路、检测与诊断电路、保护电路集成在一块芯片上,使功率器件含有某种智能功能;二、机电传动系统的动力学基础1、反抗转矩的特点是：转矩的方向总是与转速的方问相反;当运功方向改变时．转矩的方向也改变．它总是阻碍运动进行;因摩擦和非弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩都属于反抗转矩;例如．机床加工过程中所产个的负载转矩就是反抗转矩;2、位能转矩则不同．位能转矩的作用方向恒定不变;与运动方向无关;它是由物体的重力和弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所产生的负载转矩;位能转矩在某方向阻碍运动,在相反方向却促进运动;起重机起吊重物时,由于重力的作用方向总是指向地心的．所以它产生的负载转矩永远作用在使重物下降的方向;3、电力拖动系统的稳定运行有两种含义：第一是应能以一定的速度匀速运转；第二是系统受到某种外部干扰如电压波动、负载转矩波动等使转速稍有变化时,应保证干扰消除后仍能以原来的转速运行;要做到第一点;就必须使电动机的电磁转矩与负载转矩大小相等,方向相反,相互平衡;这就意味着电动机的机械特性曲线与工作机械的特性曲线有—个交点;但是,有交点只是保证系统稳定的必要条件,它的充分条件是这个交点必须是稳定的平衡点;电力拖动系统稳定运行的必要充分条件是：①、电动机与工作机械的机械特性曲线要有一个交点;②、在这个交点对应的转速之上,必须要保证T＜T Z；而在这个交点对应的转速之下要保证T＞Ｔ;Ｚ三、常用的电力电子器件１、典型驱动电路⑴、EXＢ840它主要由输入隔离电路、驱功放大电路、过流检测及保护电路以及电源组成;ＥＸＢ840的引脚定义如下：引脚1用于连接反偏置电源的滤波电容；引脚2和引脚9分别是电源和地；引脚3为驱动输出；引脚4用于连接外部电容器,以防止过流保护误动作一般场合不需要这个电容；引脚5为过流保护输出；引脚6为IＧＢＴ集电极电压监视端；引脚14和引脚15为驱动信号输入端；其余引脚不用;ＥＸＢ840集成电路驱功IGBT的典型应用电路：2、M57962L集成电路四、单片机对电动机控制的支持1、Ｃ8051用于控制电动机时的输入输出端口设置在I／o口Po、P1、P2与内部资源之间是使用交叉开关进行连接的;当需要将某些内部资源与I／o引脚相连接时．必须通过交叉开关控制寄存器xBRo、xBRl、xBR2进行设置;设置交叉开关控制寄存器XBRo、xBRl、xDR2的作用是：确定被选择的资源;这些被选择的资源分配到哪些I／o引脚上去,则由交叉开关优先表根据排列的优先顺序来确定;2、电动机控制中的模／数转换在C805l中的实现AＤＣ可编程窗口检测器在电动机控制应用中非常有用;它不停地、自动地将AD c输出与用户编程的极限值进行比较;并在检测到越限条件时通知系统控制器;3、电动机控制中的PWM和测频在C8051中的实现在有刷和无则直流电动机的控制中．需要使用脉宽调制PwM技术,通过调节PwM信号的占空比来实现调速;因此,PwM波发生器在直流电动机的控制中是不可缺少的;此外,电动机控制中还经常需要对输出的频率信号进行测频例如,光电编码盘的输出,交流电动机控制中sPwM频率的测试等．实现测频的最简苹的方法是使用捕捉功能;c805l单片机有PwM功能和捕捉功能;这些功能都包含在一个称为可编程计数器列阵PcA当中;PcA除了有PwM功能和捕捉功能外,还有比较功能和高速输出功能;五、电动机控制中常用的位移、角度、转速检测传感器1、光栅位移检测传感器2、光电编码盘角度检测传感器编码盘方向的辨别经过放大整形后的A、B两相脉冲分别输入到D触发器的D端和cP端．如图5—15a所示;因此,D触发器的cP端在A脉冲的上升沿触发;由于A、Ｂ脉冲相位相差90O;当正转时,Ｂ脉冲超前Ａ脉冲90O;触发器总是在Ｂ脉冲处于高电平时触发,如图5—１５b所示,这时Q＝１．表示正转;当反转时．A脉冲超前Ｂ脉冲90O．触发器总是在Ｂ处于低电平时触发,这时Q＝０,表示反转;A、Ｂ脉冲的另一路经与门后．输出计数脉冲;这样,用Ｑ或Ｑ非控制可逆计数器是加计数还是减计数．就可以使可逆计数器对计数脉冲进行计数;Ｃ相脉冲接到计数器的复位端．实现每转动一圈复位一次计数器;这样．无论是正转还是反转,计数值每次反映的都是相对与上次角度的增量,形成增量编码;3、测速发动机六、模拟PID控制原理在模拟PID控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬间作出快速反应;偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方向变化;控制作用的强弱取决于比例系数Kp,K P越大,控制越强,但过大的K P会导致系统振荡,破坏系统的稳定性;由式4—2可见．只有当偏差存在时,第一项才有控制量输出;所以,对大部分被控制对象如直流电机的调压调速,要加上适当的与转速和机械负载有关的控制常量u o否则,比例环节将会产生静态误差;积分环节的作用是把偏差的积累作为输出;在控制过程中,只要有偏差存在,积分环节的输出就会不断增大;直到偏差et＝o,输出的ut才可能维持在某一常量,使系统在给定值rt不变的条件下趋于稳态;因此,即使不加控制常量u o,也能消除系统输出的静态误差;积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量;积分常数T I越大,积分的积累作用越弱;增大积分常数T I会减慢静态误差的消除过程,但可以减少超调量,提高系统的稳定性;所以,必须根据实际控制的具体要求来确定T I;实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程;在偏差出现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量作出立即响应比例环节的作用,而且要根据偏差的变化趋势预先给出适当的纠正;为了实现这一作用．可在PI控制器的基础上加入微分环节,形成PID控制器;微分环节的作用是阻止偏差的变化;它是根据偏差的变化趋势变化速度进行控制;偏差变化得越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正;微分作用的引入,将有肋于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定．特别对高阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度;但微分的作用对输人信号的噪声很敏感,对那些噪声较大的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波;适当地选择微分常数T D,可以使微分的作用达到最忧;七、直流电动机调速系统1、PwM调速原理占空比a表示了在一个周期T里,开关管导通的时间与周期的比值;a的变化范围为o≤a≤1;由式6—2可知,当电源电压Us不变的情况下,电枢的端电压的平均值Uo取决于占空比a的大小,改变a值就可以改变端电压的平均值,从而达到调速的目的,这就是PwM调速原理;在PwM调速时,占空比a是一个重要参数;以下3种方法都可以改变占空比的值;1定宽调频法这种方法是保持t1不变,只改变t2,这样使周期T或频率也随之改变;2调宽调频法这种方法是保持t2不变,而改变t1,这样使周期T或频率也随之改变;3定频调宽法这种方法是使周期T或频率保持不变,而同时改变t1和t2;前2种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期或频率；当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此这2种方法用得很少;目前,在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法;PwM控制信号的产生方法有4种;1分立电子元件组成的PwM信号发生器这种方法是用分立的逻辑电子元件组成PwM信号电路,现已被淘汰了;2软件模拟法利用单片机的一个I／O引脚,通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PwM波输出;这种方法要占用cPu大量时间,使单片机无法进行其他工作,因此也逐渐被淘汰;3专用PWM集成电路从PwM控制技术出现之日起,就有芯片制造商生产专用的PwM集成电路芯片,现在市场上已有许多种;这些芯片除了有PWM信号发生功能外,还有“死区”调节功能、保护功能等;在用单片机控制直流电动机中,使用专用PwM集成电路可以减轻单片机负担、工作更可靠;4单片机的PwM口新一代的单片机增加了许多功能,其中包括PWM功能;单片机通过初始化设置,使其能自动地发出PwM脉冲波;只有在改变占空比时CPUu才进行干预;后2种方法是日前PwM信号获得的主流方法;2、直流电动机的不可逆PWM系统直流电动机PwM控制系统有可逆和不可逆系统之分;可逆系统是指电动机可以正反两个方向旋转；不可逆系统是指电动机只能单向放转;对于可逆系统,又可分为单极性驱动和双极性驱动两种方式;单极性驱动是指在一个PWM周期里,作用在电抠两端的脉冲电压是单一极性的；双极性驱动则是指在一个PwM周期里,作用在电枢两端的脉冲电压是正负交替的;1无制动的不可逆PwM系统电动机的电枢电流不能反向流动,因此它不能工作在制动状态;2有制动的不可逆PwM系统系统增加了一个开关管V2,只在制动时起作用;开关管v1、v2的PwM信号电平方向相反;3、直流电动机双极性驱动可逆PWM系统在每个PwM周期里,当控制信号Ui1高电平时．开关管vl、v4导通,此时Ui2为低电平．因此v2、v3截止,电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号Ui1低电平时,开关管vl、v4截止,此时ui2为高电平．因此v2、v3导通,电枢绕组承受从B到A的反向电压;这就是所谓的“双极”;由于在一个PwM周期里电枢电压经历了正反两次变化．因此其平均电压uＯ,可用下式决定：由式6—3可见,双极性可逆PwM驱动时,电枢绕组所受的平均电压取决于占空比ａ大小;当ａ＝o时,uo＝－Ｕｓ,电功机反转．且转速最大；当ａ＝1时．uo ＝Ｕｓ,电动机正转,转速最大,当ａ＝l／2时,uo＝o,电动机不转;虽然此时电动机不转．但电抠绕组中仍然由交变电流流动,使电动机产生高频振荡,这种振荡有利于克服电动机负载的静摩擦,提高动态性能;当电动机在轻载下工作时,负载使电枢电流很小,电流波形基本上围绕横轴上下波动,电流的方向也在不断地变化,如图6—9c所示;在每个PwM周期的o—ｔ１区间．Ｖ２、Ｖ３截止;开始时,由于自感电动势的作用,电枢中的电流维持原流向——从Ｂ到A,电流线路如图6—8中虚线4,经二极管D4、D１到电源,电动机处于再生制动状态;由于二极管的D４、D1钳位作用,此时v1、v4不能导通;当电流衰减到零后,在电源电压的作用下,v1、v4开始导通;电流经V１、V4形成回路,如图6—8中虚线1;这时电枢电流的方向从A到Ｂ．电动机处于电动状态;在每个PwM周期的ｔl＿＿ｔ2区间,vl、v４截止;电枢电流在自感电动势的作用下继续从A到B,其电流流向如图6—8中虚线2．电动机仍处于电动状态;当电流衰减为零后v2、vI开始导通,电流线路如图6—8中的虚线3,电动机处于反接制动状态;所以,在轻载下工作时,电动机的工作状态呈电动和制动交替变化;4、直流电动机单极性驱动可逆PWM系统图6—14是受限单极可逆PwM驱动系统;它与双极可逆系统的驱动电路相同,只是控制方式不同;在要求电动机正转时,开关管vl受PwM控制信号控制,开关管v4施加高电平使其常开；开关管v2、v3施加低电平,使它们全都截止;如图6—14所示的状态;在要求电动机反转时．开关管v3受PwM控制信号控制,开关管v2施加高电平使其常开；开关管v1、v４施加低电平,使它们全都截止;八、交流异步电动机变频调速系统SPWM波发生器SA4828芯片九、步进电动机的单片机控制由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单、廉价,又非常可靠;同时．它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统;步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比,因此;当它转一转后．没有累计误差,具有良好的跟随型;步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行;它不能直接使用交流电源和直流电源;1、按A—B—C —A顺序轮流给各相绕组通电,磁场按A—B—C方向转过了3600;转子则沿相同方向转过—个齿距角;绕组通电一次的操作称为一拍,转子每拍走一步,转子走一步所转过的角度称为步距角：2、细分驱动细分步法是将步进电动机绕组中的稳定电流分成若干阶级,每进一步时,电流升一级;同时．也相对地提高步进频率,使步进过程平稳进行;步进电动机各相绕组的电流是按照工作方式的节拍轮流通电的;绕组通电的过程非常简单,即通电——断电反复进行;现在我们设想将这一过程复杂化一些,例如,每次通电时电流的幅值并不是一次升到位;而是分成阶级,逐个阶级地上升；同样海次断电时电流也不是一次降到0,而是逐个阶级地下降;如果这样做会发生什么现象我们都知道,电磁力的大小与绕组通电电流的大小有关;当通电相的电流并不马上升到位,而断电相的电流并不立即降为0时,它们所产生的磁场合力;会使转子有一个新的平衡位置,这个新的平衡位置是在原来的步距角范围内;也就是说,如果绕组中电流的波形不再是一个近似方波,而是一个分成N个阶级的近似阶梯波,则电流每升或降一个阶级时．转于转动一小步;当转子按照这样的规律转过N 小步时,实际上相当于它转过一个步距角;这种将一个步距角细分成若干小步的驱动方法,就称为细分驱动;细分驱动使实际步距角更小了,可以大大地提高对执行机构的控制精度;同时．也可以减小或消除振荡、噪声和转短矩动;目前,采用细分技术已经可以将原步距角分成数百份;恒频脉宽调制细分驱动电路：恒频脉宽调制细分驱动电路如图8—20a所示;单片机是控制主体;它通过定时器To输出20 kHz的方波,送D触发器,作为恒频信号;同时,输出阶梯电压的数字信号到D／A转换器．作为控制信号．它的阶梯电压的每一次变化,都使转子走一细分步;恒频脉宽调制细分电路工作原理如下：当D／A转换器输出的ua不变时,恒频信号cLK的上升沿使D触发器输出ub高电平．使开关管Tl、T2导通,绕组中的电流上升,取样电阻Rz上压降增加;当这个压降大于ua时,比较器输出低电平,使D触发器输出ub低电平．Tl、T2截止,绕组的电流下降;这使得Rz上的压降小于ua,比较器输出高电平,使D触发器输出高电平,T1、T2导通,绕组中的电流重新上升;这样的过程反复进行,使绕组电流的波顶锯齿形;因为cLK的频率较高,锯齿形波纹会很小;当ua上升突变时,取样电阻上的压降小于ua,电流有较长的上升时间,电流幅值大幅增长．上升了一个阶级,如图8—20b所示;同样,当ua下降突变时,取样电阻上的压降有较长时间大于ua,比较器输出低电乎,CLK的上升沿即使使D触发器输出1也马上被清0;电源始终被切断．使电流幅值大幅下降,降到新的阶级为止;以上过程重复进行;ua的每一次突变,就会使转子转过一个细分步;ucN5804B集成电路芯片适用于四相步进电动机的单极性驱动：图8—21是这种芯片的一个典型应用;结合图8—21可以看出芯片的各引脚功能为：4、5、12、13脚为接地引脚,1、3、6、8脚为输出引脚,电动机各相的接线如图；14脚控制电动机的转向,其中低电乎为正转,高电平为反转；11脚是步进脉冲的输入端；9、10脚决定工作方式;3、步进电动机的单片机控制1控制换相顺序2控制步进电动机的转向3控制步进电动机的速度脉冲的频率决定了步进电动机的转速;步进电动机的速度控制通过控制单片机发出的步进脉冲频率来实现;对于图8—22所示的软脉冲分配方式,可以采用调整两个控制字之间的时间间隔来实现调速;对于图8—23所示的硬脉冲分配方式,可以控制步进脉冲的频率来实现调速;第一种是通过软件延时的方法;改变延时的时间长度就可以改变输出脉冲的频率；但这种方法使cPu长时间等待,占用大量机时,因此没有实用价值;第二种是通过定时器中断的方法;在中断服务子程序中进行脉冲输出操作．调整定时器的定时常数就可以实现调速;这种方法占用cPu时间较少,在各种单片机中部能实现,是一种比较实用的调速方法;4、脉冲分配1通过软件实现脉冲分配2通过硬件实现脉冲分配8713脉冲分配器与单片机的接口例子如图8—23所示,本例选用单时钟输入方式,8713的3脚为步进脉冲输入端,4脚为转向控制端,这两个引脚的输入均由单片机提供和控制;选用对四相步进电动机进行八拍方式控制,所以5、6、7脚均接高电乎;5、步进电动机的运行控制1步进电动机的位置控制需要两个参数;第一个参数是步进电动机控制的执行机构当前的位置参数,我们称为绝对位置;绝对位置是有极限的,其极限是执行机构运动的范围,超越了这个极限就应报警;第二个参数是从当前位置移动到目标位置的距离,我们可以用折算的方式将这个距离折算成步进电动机的步数;这个参数是外界通过键盘或可调电位器旋钮输入的,所以折算的工作应该在键盘程序或A／D转换程序中完成;2步进电动机的加、减速控制十、无刷直流电动机1、工作原理无刷直流电动机是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路3部分组成．无刷直流电动机为了去掉电刷．将电枢放到定子上去．而转子做成永磁体,这样的结构正好与普通直流电动机相反；然而,即使这样改变还不够,因为定子上的电枢通入直流电以后,只能产生不变的磁场,电动机依然转不起来;为了使电动机的转子转起来．必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电;这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁磁场始终保持900左右的空间角,产生转矩推动转子旋转;图9—9是三相无刷直流电动机的工作原理因;采用光电式位置传感器,电动机的定子绕组分别为A相、B相、c相,因此,光电式位置传感器上也有3个光敏接收元件vl、vz、v3与之对应;3个光敏接收元件在空间上间隔1200,分别控制3个开关管vA、vB、vC本例为半桥式驱动,只用3个开关管;这3个开关管则控制对应相绕组的通电与断电;遮光板安装在转子上,安装的位置与图中转子的位置相对应;为了简化,转于只有一对磁极;当转子处于图9—l0a所示的位置时,遮光板遮住光敏接收元件v2、v3,只有v1可以透光;因此,V1输出高电平使开关管vA导通．A相绕组通电．而B、c两相处于断电状态;A相绕组通电使定子产生的磁场与转子的永磁磁场相互作用．产生的转矩推动转子逆时针转动;当转子转到图9—10b的位置时,遮光板遮住vl,并使v2透光;因此,v1输出低电乎使开关管V A截止,A相断电;同时,V2输出高电平使开关管vB导通,B相通电,c相状态不变;这样由于通电相发生了变化,使定子磁场方向也发生了变化,与转子永磁磁场相互作用,仍然会产生与前面过程同样大的转矩．推动转子继续逆时针转动;当转子转到图9—l0c的位置时,遮光板遮住V2,同时使v3透光;因此,B相断电、c相通电,定子磁场方向又发生变化,继续推动转子转到图9—10d的位置,使转子转过一周又回到原来位置;如此循环下去,电动机就转动起来了;2、无刷直流电动机的单片机控制c805l的P1口作为输出口,通过驱功器7407控制全桥驱动电路上桥臂的P沟道MOSFETV1、V3、V5．通过与门7409控制下桥臂的N沟道MoSFETV4、V6、V2;C8051的Po．o作为PWM输出门．控制电动机的转速;Po．1一P0．6作为输入口．连接位置传感器输出的控制信号;c8051的所有输出口都接上拉电阻．与5v负载电平相匹配;1．换相控制本例中采用三相全桥星形联结也可以采用三相全桥角形联结;不管使用二二导通方式还是三三导通方式．都有6种导通状态,转了每转600换—种状态;导通状态的转换通过软件来完成;软件控制导通状态转换飞常简单．即根据位置传感器的输出信号H1、H2、H3,不断地取相应的控制字送P1口来实现;因此;如果采用霍尔式位置传感器,根据P1口与MosFET管的连接关系;2．转速控制无刷直流电动机的转速控制原理与普通直流电动机一样．可以通过PwM方法来控制电枢的通电电流．实现转速的控制;本例中,通过c8051的PwM口,控制3个与门7409的B输入端;当PWM口输出低电平时．使与门7409输出低电平,开关电路的MOSFET管v4、v6、v2被封锁；当PwM口输出高电平时,与门7409的输出状态取决于单片机的控制字,MOsFET管v4、v6、v2的导通与截止按正常换相状态进行;由于采用了PwM口．单片机可以自动地输出PwM波．减轻了单片机的负担;3．转向控制只要改变开关管通电顺序就可以实现电动机的反转; 转向的控制可通过软件来完成的,通过送反转控制字到P1即可;4．启动限流控制图9—25的限流电路是由采样电阻R和比较器LM324硬件组成;当电动机启动时,启动电流增大,在采样电阻R上的压降增大,当压降等于给定电压u0时,比较器LM324输出低电平,使MosFET开关管v4、v6、v2被关断,R上的电流迅速减小;R上的压阵也减小,当压降降到小于给定电压u0时,比较器输出高电乎,使M0sFET刀：关管v4、v6、v2恢复正常的通断顺序;如此下去,电流被限制在u0／R上下,达到限流的目的;。
单片机在电动高尔夫球车永磁无刷直流电机驱动系统的应用.doc
单片机在电动高尔夫球车永磁无刷直流电机驱动系统的应用引言二十一世纪的头一个十年就快悄悄过去了，但人们所热望的电气交通时代却并没有如期而至。
在诸多由政府主导、企业和研究机构积极参与的电动车计划如PNGV、Freedom C AR 、PREDIT111在轰隆的引擎声中落幕时人们开始意识到：传统汽车产业的巨大惯性和强大生命力远远超过了他们的想象，在未来相当长的一段时间内，电动汽车还只能停泊在实验室。
现在，纯电动汽车的应用研究转向了以公交车为主的定点、定向运行车辆和社区用车及特定用途的微型车。
这类车辆具有一些共同的特点，比如都是由机构管理，在特定区域运行，车速不高。
我们可以针对这些特点对车辆的设计和管理进行优化，以降低成本和提高性能，抗衡传统内燃机型汽车，还有一点就是创建节能和环保形象，这对机构和企业来说是重要的[1]。
项目和系统介绍高尔夫球车属于一种特定用途的微型车，它在高尔夫球场地上运行，驾乘者目的不同以及场地的路况降低了对车辆续驶里程但对驱动系统动力性能却提出了相对较高的要求。
众所周知，高尔夫场地高低起伏，这要求高尔夫球车驱动电机具有优良的过载性能；车速不高，意味着高尔夫球车驱动电机不需要很宽的调速范围。
要满足这些要求，使用永磁无刷直流电机（BLDC）显得再好不过：在很大负载范围内，BLDC都能获得极高的效率，只要它的转速仍然在基速以下。
再者，它坚固，运行可靠，调速简单，而且若能改善位置传感器件的可靠性，它在整个运行寿期内免维护，这使它的吸引力更为出众[2]。
我们考察了多种同类型（双座）电动高尔夫球车，它们都采用传统直流电机，多采用他励方式，电机的额定功率从2～3kW不等，均装备铅酸型蓄电池，最大容量有150AH，名义续驶历程为150km，在改装前对我们的原型车辆进行了测试，其最高效率不超过70%。
但有一个很重要的共同点：他们的动力电压等级均为48V，这个值的确定也许是来源于通信电源系统，也许是考虑到安全电压的要求，但无论如何这已经成为事实上的标准。
一个基于51单片机控制直流电机的设计
一个基于51单片机控制直流电机的设计1.引言直流电机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业自动化、机械设备和家电等领域。
其具有结构简单、可靠性高、调速性能好等特点，在控制方面也较为简单。
本文将介绍一种基于51单片机控制直流电机的设计方案。
2.设计原理2.1直流电机控制原理直流电机的转速和转向可以通过调整电机的电流和极性来实现。
通常，通过PWM信号来控制电机的转速，通过电机驱动芯片来控制电机的转向。
2.251单片机51单片机是一种广泛应用的8位单片机，具有强大的计算和控制能力。
其可以通过IO口产生PWM信号，以控制电机的转速，同时还可以通过IO口控制电机驱动芯片的输入信号，实现电机的转向控制。
3.系统设计3.1硬件设计3.1.1主控板设计主控板采用51单片机作为核心控制器，通过IO口输出PWM信号控制电机的转速，并通过IO口输出电机方向控制信号。
主控板还需要提供电源输入、串口通信接口等。
3.1.2电机驱动设计电机驱动采用专用的直流电机驱动芯片，通过控制其输入信号，实现对电机的转向控制。
电机驱动芯片还需要提供输入信号的滤波、保护等功能。
3.2软件设计3.2.1PWM信号生成通过51单片机的定时器/计数器模块，可以生成PWM信号。
根据所需的转速，可以调整定时器的计数周期和占空比，控制PWM信号的频率和占空比。
3.2.2方向控制通过控制51单片机的IO口输出电平，可以控制电机驱动芯片的输入信号，实现电机的正转或反转。
具体的电平和控制方式可通过电机驱动芯片的手册进行确定。
3.3系统测试在完成硬件和软件设计后，需要对整个系统进行测试。
首先可以通过示波器检查PWM信号的频率和占空比是否符合要求；其次，通过改变指令，测试电机的转向控制是否正常工作；最后，可以通过改变PWM信号的占空比，测试电机的转速控制是否准确。
4.结论本文介绍了一种基于51单片机控制直流电机的设计方案，通过生成PWM信号控制电机转速和通过IO口输出电平来控制电机的转向。
基于单片机的直流电机控制
基于单片机的直流电机控制【摘要】这篇文章主要探讨了基于单片机的直流电机控制。
在文章介绍了研究的背景、意义和目的。
在分别讨论了直流电机的原理与分类、单片机在直流电机控制中的应用、基于单片机的直流电机控制系统设计、控制策略及算法以及性能测试与分析。
在文章总结了基于单片机的直流电机控制的优势，并探讨了未来发展方向。
通过本文的研究，揭示了基于单片机的直流电机控制在工程领域中的重要作用，并为相关研究提供了理论支持和实践指导。
未来，该领域的研究还有待进一步深入探讨，以应对不断变化的技术需求和挑战。
【关键词】直流电机、单片机、控制系统、控制策略、算法、性能测试、优势、未来发展、总结、研究背景、研究意义、研究目的、直流电机原理、分类、直流电机控制系统设计1. 引言1.1 研究背景单片机具有体积小、功耗低、易编程、成本低廉等优点，能够实现复杂的控制算法和策略，提高直流电机控制的精度和性能。
利用单片机来设计直流电机控制系统已成为一种趋势。
虽然单片机技术在直流电机控制中有着广阔的应用前景，但目前仍存在一些问题和挑战，如控制算法的优化、系统稳定性等方面需要进一步改进和研究。
对基于单片机的直流电机控制技术进行深入研究具有重要的理论和实际意义。
1.2 研究意义，作者等信息。
以下为输出内容：直流电机在工业生产中应用广泛，其控制系统的性能直接影响到设备的运行效率和稳定性。
基于单片机的直流电机控制系统具有实时性高、精度高和可靠性好的特点，可以更好地满足现代工业生产对于电机控制的需求。
对于基于单片机的直流电机控制系统的研究具有重要的理论和实践意义。
研究基于单片机的直流电机控制系统可以推动电机控制技术的发展，提高电机控制系统的性能和稳定性，为工业生产的自动化和智能化发展提供技术支持。
研究基于单片机的直流电机控制系统可以优化电机控制策略和算法，提高电机控制的效率和精度，降低能耗和成本，实现节能减排的目标。
1.3 研究目的研究目的是通过基于单片机的直流电机控制系统设计和控制策略的研究，实现对直流电机运行状态的精准控制和调节。
基于PIC单片机的永磁无刷直流电机控制系统
中文核心期刊 《微计算机信息》（嵌入式与 Ｓ Ｏ Ｃ ）２００５ 年第 ２１ 卷第 １２－２ 期
基于 PIC 单片机的永磁无刷直流电机控制系统
ＰＩＣ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ＤＣ Ｍｏ ｔｏ ｒ Ｃｏ ｎ ｔｒｏ ｌ Ｓ ｙｓ ｔｅ ｍ
（１．武汉海军工程大学；２． 无锡总装工程兵科研一所）赵 乾 宏 １ 张 静 远 １ 兰 士 新 ２
ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ 单片机具有 ５ 个输入／输出端口，特 别需要指出的是单片机内置了两个 ＣＣＰ 模块，即输入 捕捉、输出比较、脉宽调制模块。本系统就是利用了 ＰＩＣ 单片机此脉宽调制模块输出脉宽可调的信号，实 现直流电机调速。
２ 基 于 ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ 单 片 机 的 电 机 控 制系统方案
４ 结语
本文首次将监控软件＋应用服务器＋现场总线以 及浏览器＋ＷＥＢ Ｓｅｒｖｅｒ＋ＣＧＩ 两种技术融合到智能家庭
技 网关产品中，较好的解决了传统产品的缺陷。通过本
系统在实际家庭智能网络中的运行表明，该系统达到
术 了设计初期的各项要求，能够通过 Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 实时控制系 创 统中的智能家电并精确的获取家电状态信息。相信在
数据库发送传送参数指令，现场控制系统接到指令后 进行检索，并返回查询结果给虚拟数据库最后显示在 用户监控界面中。当用户发出控制指令时，无论是在 家庭网络内部还是外部，控制指令都可以通过不同的 网络协议可靠地到达被控对象并完成相应的操作，最 后把执行结果（成功或者失败）返回给指令的发出者。 在一般的 Ｃ／Ｓ 概念中，客户端是廉价的个人 ＰＣ，服务 器是价格昂贵、功能强大的专用 Ｓｅｒｖｅｒ。但对于本系统 来讲，嵌入式家庭网关是应用服务器和 Ｗｅｂ 服务器的 宿主，而嵌入式系统本身资源有限，所以在事物处理 时不应将过多的任务分配给服务器，避免因服务器负 担过重而使整个网络性能下降，要充分发挥客户端计 算机的作用，合理分配网络资源，提高数据处理的效 率。
利用单片机控制直流电机调速系统设计
利用单片机控制直流电机调速系统设计一、本文概述随着现代工业技术的快速发展，直流电机调速系统在众多领域，如自动化生产线、航空航天、电动汽车等中得到了广泛应用。
为了满足日益增长的精确控制和高效节能需求，开发稳定可靠的直流电机调速系统显得至关重要。
单片机作为一种集成度高、功耗低、价格适中的微控制器，被广泛应用于各种控制系统。
因此，研究利用单片机控制直流电机调速系统的设计，不仅具有理论价值，更具有实际应用意义。
本文旨在探讨基于单片机的直流电机调速系统设计的关键技术和实现方法。
文章将介绍直流电机调速系统的基本原理和常见控制方法，为后续设计提供理论基础。
文章将详细阐述单片机选型、硬件电路设计、软件编程等关键环节，并分析其中的技术难点和解决方案。
通过实际案例的分析和实验验证，评估所设计系统的性能，并提出改进和优化建议。
本文的研究内容不仅有助于推动单片机在直流电机调速领域的应用发展，也为相关领域的工程技术人员提供了有益的参考和借鉴。
二、直流电机基础知识直流电机是一种将直流电能转换为机械能的设备，其工作原理基于安培定律和电磁感应。
直流电机主要由定子和转子两部分组成。
定子包括铁心和励磁绕组，它的作用是产生一个恒定的磁场。
转子包括电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等部分，它的作用是在定子产生的磁场中受力而转动。
直流电机的转速可以通过改变电枢电压、改变电枢电流或改变磁场强度来实现。
其中，改变电枢电压是最常用的调速方法。
通过调整电压的大小，可以控制电机的转速，从而实现对直流电机的精确控制。
直流电机还具有启动性能好、调速范围广、控制精度高等优点，因此在许多领域得到了广泛应用。
在单片机控制直流电机调速系统中，我们需要了解直流电机的这些基础知识，以便更好地设计和实现调速控制算法。
还需要考虑电机的额定电压、额定电流、额定功率等参数，以确保电机在正常工作范围内运行。
还需要考虑电机的散热问题，以避免因过热而损坏电机。
因此，在设计和实现单片机控制直流电机调速系统时，我们必须充分了解直流电机的基础知识和相关参数，以确保系统的稳定性和可靠性。
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1
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陈方辉
2
(1 . 中国联合网络通信有限公司重庆分公司 , 重庆
400043; 2. 重庆大学
机械工程 学院 , 重庆
400044)
摘
要 : 介绍了电动车永磁直流有刷电动机控制系统软硬件的设计. 该系统采用 H T48R50A
- 1和 P I C 16F 7162 个单片机分别进行上、 下位机的控制. 上位机主要用于人机对话 ; 下位机用于 电机运动控制并且具有过流检测、 过欠电压检测和堵转保护等功能 . 两机通过 I/0 串行方式通 信 . 直流电机转速采用基于 I GBT 管的脉宽调制 PWM 技术进行调节, 控制算法采用软件模拟防 积分饱和的 P I调节器进行闭环控制 . 最后对系统抗干扰设计进行了介绍. 关 键 词 : 控制系统 ; 硬件设计 ; P I调节; 软件设计; 抗干扰设计 文献标识码 : A 文章编号: 1671- 0924( 2009) 12- 0120- 03 中图分类号 : TP 391 . 4
图 2 驱动 电机调速电路
I G BT 栅极驱动采用 TD310 专用芯片驱动 , 带 有过流保护和故障 输出功能 . 在 I GBT 管的 漏 源
图 1 控制系统结构
两极间附加有 RCD 吸收网络, 防止尖峰电压的冲 击. 电 机 的 续 流 二 极 管 为 H ER3006PT. 系 统 的 PWM 的工作频率为 16 . 67 k H z( 周期 60 片机产生 . 电机的电流检测是由阻值 低、 温度性能好 的 康铜丝 R2 来完成. 测得的电流, 一路进入 TD310 , 作硬件过流保护; 另一路进 P IC16F716 单片机 , 经 A /D 采样后, 作软件限流 . 电机的实际转速由电机 自带的码盘经光电传感器进入单片机 , 最后用 M 法得到
, 用于电机转速闭环控制.
3 数字 P I调节原理
为使系统有良好的调速性 能, 需对系统进 行
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重庆工学院学报 级, 系统软件采用 C 语言编写. 系统程序由上、 下 位机程序组成 . 上位机是主控机, 是整个系统的管 理和控制中心 , 因此上位机程序主要包括主程序、 中断服务程序和与 下位机通信的程序模块等 . 主 程序中主要有系统初始化、 上电自检、 开中断和看 门狗 , 然后以循环方式定时进行行车输入信号 检 测、 运动数据处理、 LCD 显示、 与下位机通信、 ROM 中数据存取、 制动信号检测和故障代码显示等 . 下 位机程序主要实现电机运转状态的监测及信息的 反馈 , 由主程序和中断服务程序组成 . 在主程序中 主要进行系统初始 化、 取 ROM 中预设值、 开中 断 和看门狗 , 然后以循环方式定时进行 P I 转速闭环 调节、 存取 ROM 参数和故障处理等; 中断程序 为 定时中断 , 主要进行看门狗置数、 电流检测、 转速 检测、 与上位机通讯、 PWM 计算 及输出和故障 检 测等 .
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Abstract : T his artic le in troduces the design o f so ftw are and hardw are for per m anent m agnet DC m otor w ith brush control system in an e lectric vehic le . The system uses tw o m icroprocessors , HT 48R50A 1 and P IC16F716 , to con tro l th e upper and low er m ach in es separately . T he upper m achin e m ain ly uses hum an m ach in e interactio n ; w ith the functio n of over current detect io n , less vo ltage detectio n and stall pro tection , the low er m ach in e is used for th e contro l o f m otor m ot ion. T he tw o m icroprocesso rs comm un ic ate by I/O. T he system i m p le m ents the IGBT based pu lse w id th modulated ( PWM ) con tro l techn ique to regu late the ve lo c ity o f DC m otor . T he algor ith m is a c lo sed loop based on softw are si m ulation w ith anti saturat io n po in t P I contro ller using ve loc ity feedback . F in a lly , the design of contro l system anti in terference is introduced . K ey w ord s : control system; hardw are desig n ; P I regu lator ; so ft w are design ; anti in terference design 电动车以电力为动力 , 能解决石油资源日渐 枯竭和环境污染问题 , 是 21 世纪清洁的新型城市 交通工具. 电动车的 关键问题是一次充电续驶里 程和价格. 目前在车 载蓄电池技术未能突破的条 件下 , 电动车的驱动系统是实现电动车基本性 能 和解决这一关键问题的 重要因素
闭环控制. 为节约成本, 采 用数字 P I 调节器对电 机进行转速闭控制 . 转速反馈闭环调速控制的工 作原理为: 电机转速由光电传感器检测, 测得的实 际转速与给定速度时行比较 , 随后进行 P I 校正, 产生相应的 PWM, 改变电 机两端平均电 压, 实现 调压调速. 在 加减速过程, 为防止加 速过大, 给定 速度值并不立即参与比较, 而是由程序逐步改变, 保证行驶时具有良好的平顺性 . 实际中, 控制器的 输出量还要受一些物理量的极限 限制, 如电源额 定电压、 额定 电流、 最大占空比等 , 因此对输出量 还需要检验是否超出极限范围 . 当在电机的启动、 停车或大幅度增减设定值时 , 短时间内系统输出 很大的偏差 , 这会使 P I运 算的积分积累 很大, 引 起输出的控制量增大 , 该控制量很容易超出执行 机构的极限控制量 , 从而引起强烈的积分饱和效 应 . 这将会造成系统振荡、 调节时间延长等不利结 果 . 为了清除积分饱和带来的不利影响, 采用防积 分饱和 P I调节器 . 其离散后的算法如下 U = R k- 1 + K p eK um ax, U uk = um in, U U R k = R k- 1 + K I ek + K c ( uk - U ) 式中: K I = K p T /TI; 积分饱和修正系数 K C = K I /K P = T /T I; k 为采样序号, k = 0 , 1 , 2 ; uk 为第 k 次采样时刻的输出值; R k - 1为第 k- 1 次采样时刻的输出值 ek 为第 k次采样时刻输入的偏差值 ; K I 为积分系数, K I = K P /T; K P 为比例系统 ; TI 为积分系数. 参数切换的原则为: 偏差较大时, K P , K I 取较 大值, 以保证系统的快速响应性; 偏差较小时 , K P , K I 取较小值, 以避免产生大的超调量, 从而保证系 统尽快进入稳态范围 . um ax um in
1 系统的结构和功能
控制系统由位机和下位机两大部分 组成. 上 位机主要用于实现人机对话 , 如功能按键、 外界信 号的采集、 操作界面的显示、 速度显示以及对下位 机进行控制等 . 下位 机主要通过接收上位机控制 信号对电机运动进行直接的控制 , 并且具有转速 闭环反馈控制、 过流检测、 过欠电压检测和堵转保 护等功能. 上、 下位机采用 I/ 0 串行方式通信, 以减 少硬件开销 . 为节约成本 , 上位机选用台湾合泰的 HT 48R50A - 1 单 片机, 下位 机 选用 M I CROCH IP 的 P IC16F716单片机 . 系统的结构如图 1 所示 , 右 边是下位机 , 即电机控制部分. 驱动电机采用额定 电压为 48 V, 功率为 500 W 的直流有刷永磁式电 机 , 并附有用于电机 速度闭环控制信号采集的机 械式码盘和光耦 , 以进行速度反馈闭环控制 , 达到 稳定转速的目的 .
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, 它包括驱 动
电机和驱动控制系统 . 根据市场需要 , 笔者开发出 一套基于 P IC16F716 芯片为控制核心的直流永磁
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收稿日期 : 2009- 08- 26 作者简介 : 冉冉 ( 1981 ) , 男 , 重 庆人 , 硕士研究生 , 主要从事计算机应用和网络技术研究 .
冉
冉 , 等 : 单片机在电动车永磁直流电机控制系统设计中的应用
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2 控制系统的硬件设计
2 . 1 单片机介绍 下位机选用 M ICROCH IP 生产的低功耗 8 位 带 2KB 14位 FLAS H 的 P IC16F716 单片机, 带芯 8位 片采用高性能 R ISC 指令集技术 , 拥有 128B
s) , 由单
数据存储 器、4 通道 8 位 AD 转 换器、 1 个 10 位 PWM、 13 个通用 I/ 0 口、 3 个定时器 /计数器、 7个 内部 /外部中断源和 可编程带内部振荡器的看门 狗定时器等 , 其硬件 资源适合于该系统的电机控 制 , 且内置看门狗定 时器可以在程序异常时及时 复位, 以确保人身安全 . 上 位 机 选 用 台 湾 合 泰 生 产 的 OTP 版
Application ofM icroprocessors in P er m anentM agnet DC M otor Contro l Syste m D esign of E lectric Vehicle