基于单片机的电动车速度控制系统研究

I目录摘要..................................................................IABSTRACT............................................................II第一章绪论.........................................................11.1课题的研究背景及发展状况......................................11.1.1能源与环境问题...........................................11.1.2电机控制技术的发展.......................................21.1.3功率半导体器件与驱动电路的发展..........................21.1.4电机控制器的发展.........................................31.1.5电机控制理论的发展.......................................31.2电动自行车的组成部分及其特点..................................4第二章关键部件的特性分析...........................................62.1蓄电池特性分析................................................62.2电机特性分析..................................................62.2.1稀土永磁无刷直流电机的基本结构和工作原理................62.2.2无刷直流电机的数学模型分析..............................92.2.3电机的运行特性分析......................................112.2.4机械特性和调速特性分析.................................15II第三章基于单片机的系统控制策略研究.................................173.1控制系统的整体构成...........................................173.2系统主要控制策略概述.........................................183.2.1位置检测信号处理单元....................................183.2.2电流检测信号处理单元....................................183.2.3速度调节方案............................................193.2.4速度检测方案............................................223.2.5起动与换相控制方案......................................233.2.6蓄电池检测方案..........................................243.2.7驱动、逆变电路控制方案.................................253.2.8故障检测与系统保护......................................263.3核心控制器件的选择...........................................273.3.1单片机概述..............................................273.3.2Atmega8特性介绍........................................28第四章系统硬件设计.................................................304.1信号检测电路设计.............................................304.1.1位置检测................................................304.1.2电流检测................................................314.1.3转子位置检测电路........................................324.2电机转速控制电路.............................................32III4.2.1测速电路................................................324.2.2换向调速电路............................................324.2.3速度检测................................................334.2.4速度给定环节............................................344.2.5系统软件控制............................................354.3三相全桥逆变电路及其功率驱动的设计...........................364.4PWM波的控制单元.............................................374.4.1PWM信号的产生...........................................374.4.2PWM波的输出控制........................................394.5电池电压检测单元.............................................404.6系统硬件可靠性设计...........................................404.6.1电源与集成芯片去藕......................................404.6.2隔离技术................................................414.6.3电磁兼容设计............................................41第五章系统软件设计.................................................425.1主程序的设计.................................................425.2各功能模块的设计思想.........................................435.2.1位置检测模块............................................435.2.2换相控制模块............................................455.2.3A/D采样模块............................................45IV5.2.4双闭环控制模块..........................................475.3软件的可靠性设计.............................................495.3.1采用模块化程序设计方法.................................495.3.2合理安排中断............................................495.3.3程序“跑飞”与“死锁”的解脱...........................50第六章结束语.......................................................51参考文献............................................................52致谢.................................................................53I基于单片机的电动车速度控制系统研究摘要近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成了城市空气的严重污染。于是发展绿色交通工具已成为一个重要的课题。考虑到我国目前的国情，发展电动自行车具有重要的环保意义。而且灵活、轻巧、“零排放”、价格低廉等优点，将使电动自行车迅速得到普及。随着电机技术及功率器件性能的不断提高，电动自行车的控制器发展迅速。但是目前，市场上大多数的电动自行车产品均采用低集成度元件控制装置。其缺点是功能过于简单，不能充分发挥系统的潜力及处理一些特殊的控制问题。本课题采用ATMEL公司的单片机ATmega8作为控制芯片，兼顾成本与性能要求，做了以下方面的工作:首先，在数学模型的基础上对系统动力源—无刷直流电机的特性进行了研究;其次，根据单片机的特点详细设计了系统的控制策略:将电流检测设计成分流电阻间接测流;将调速系统设计为电流、速度双闭环控制，以保证调速的精度和响应速度，并在软件中分别用PI算法来实现;对于速度的检测采用了“硬件软化”的思想;制定了电机“软起动”控制方案;采用了高性能的驱动集成电路IR2131S来驱动MOSFET组成的全桥逆变电路，驱动形式为单极性PWM调制;将PWM波的发生及系统保护等功能采用主控芯片集中处理，增加了系统的可靠性;最后，依据控制策略设计了系统软、硬件，并讨论了可靠性设计问题;由此得出结论:本课题设计的基于单片机的电动车控制系统具有运行性能良好，可靠性高、升级换代容易的特点，为后续的研究工作提供了一定的基础。关键词:单片机控制系统无刷直流电机IIStudyontheElectric-BikeControlSystemBasedontheMicrocontrollerABSTRACTInrecentyears,thewastegasfromthegasoline-automobileshascausedseverepollutionproblemsincities.So,it'smoreandmoreimportanttodevelopthesocalledgreen-automobiles.Consideringourcountry'sstatus,todeveloptheelectric-bikewillbehelpfultosolvethepollutionproblem.Withthevirtuesofflexibility,slimnessandzerowaste-gas,electro-bikeismoreandmorepopular.Byenhancingthedriving-motortechnologyandpowerdevicestechnology,thecontrolsystemdevelopedquickly.Butnowadays,mostoftheelectric-bicycleproductsinthemarketsadaptlow-integrationdegreedevicesintheircontrolsystem.Theproblemisthatthefunctionofthesedevicesis