通(tong)常(chang)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)采(cai)用(yong)電(dian)子(zi)或(huo)機(ji)電(dian)式(shi)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)獲(huo)取(qu)轉(zhuan)子(zi)位(wei)置(zhi)信(xin)息(xi)
，然(ran)而(er)有(you)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)低(di)或(huo)運(yun)行(xing)特(te)性(xing)不(bu)好(hao)，有(you)的(de)對(dui)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)如(ru)震(zhen)動(dong)
，潮(chao)濕(shi)和(he)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)很(hen)敏(min)感(gan)，使(shi)性(xing)能(neng)下(xia)降(jiang)，係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)精(jing)確(que)性(xing)降(jiang)低(di)。傳(chuan)感(gan)器(qi)還(hai)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)了(le)電(dian)氣(qi)連(lian)接(jie)線(xian)數(shu)目(mu)，增(zeng)加(jia)幹(gan)擾(rao)，增(zeng)大(da)體(ti)積(ji)和(he)成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)
，在(zai)小(xiao)型(xing)輕(qing)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)，無(wu)位(wei)置(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)成(cheng)為(wei)理(li)想(xiang)的(de)選(xuan)擇(ze)並(bing)具(ju)有(you)廣(guang)泛(fan)的(de)發(fa)展(zhan)前(qian)景(jing)。采(cai)用(yong)無(wu)傳(chuan)感(gan)器(qi)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)電(dian)動(dong)摩(mo)托(tuo)車(che)作(zuo)為(wei)綠(lv)色(se)環(huan)保(bao)交(jiao)通(tong)工(gong)具(ju)具(ju)有(you)操(cao)作(zuo)簡(jian)單(dan)
、騎乘舒適、維護方便、汙染小和噪聲低等優

 

 

電動摩托車的控製器結構與工作原理

 

電動摩托車的控製器具有電機驅動控製、參(can)數(shu)顯(xian)示(shi)和(he)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)等(deng)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)。電(dian)動(dong)摩(mo)托(tuo)車(che)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)器(qi)采(cai)集(ji)在(zai)各(ge)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)參(can)數(shu)，控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)運(yun)行(xing)，調(tiao)節(jie)車(che)速(su)度(du)
，提(ti)高(gao)電(dian)機(ji)和(he)電(dian)池(chi)的(de)效(xiao)率(lv)，保(bao)障(zhang)騎(qi)乘(cheng)者(zhe)和(he)他(ta)人(ren)的(de)人(ren)身(shen)安(an)全(quan)。能(neng)量(liang)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)對(dui)電(dian)池(chi)實(shi)施(shi)有(you)效(xiao)的(de)管(guan)理(li)，監(jian)督(du)和(he)控(kong)製(zhi)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)過(guo)程(cheng)，使(shi)電(dian)池(chi)處(chu)於(yu)良(liang)好(hao)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)，保(bao)證(zheng)電(dian)池(chi)的(de)有(you)效(xiao)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。其(qi)總(zong)體(ti)機(ji)構(gou)如(ru)圖(tu)1。

 

　　

原主控製芯片st7fmc1k2作為控製核心
，向驅動電路傳遞pwm信號以驅動電機;通過i/o口向麵板顯示電路傳遞時鍾信號
、複位信號和數據信號。單片機從驅動電路部分獲取反電動勢檢測信號並進行處理以及時對電機換相;同時從驅動電路獲取電流采樣信號，以進行過流保護;從電池電量檢測電路獲取電壓信號以進行欠壓保護。轉把信號用於改變電壓以改變pwm的占空比來對電機進行調速
，刹車信號用於緊急情況時及時停止電機的運行。

　　

st7fmc1k2芯片的介紹［1］

　　

目前市場上有很多無刷電機專用控製芯片，大部分廠商采用motorola的mc33035控製，它具有無刷電機控製係統所需要的基本功能。本設計綜合考慮性價比等因素采用意法公司的st7fmc1k2作為主控芯片，可以實現全部功能並能夠滿足所需求的控製精度。具體特點有：8k的flash和384字節的ram，配有lvd
、看門狗

、高抗噪電磁兼容電路，10位多通道a/d轉換器、sci，spi
、i2c
、usb和帶pwm功能的定時器，它的最大特點是內置了增強型的專用mtc，見圖2
，含有一個pwm管理單元
，可通過軟件設置不同的pwm方式，內置的運算放大器和比較器可以對電機繞組電流采樣信號進行放大，實現兩種不同的驅動模式：電壓模式和電流模式。電流模式以定子繞組中的電流為直接控製對象，通過單片機內部的pwm占空比和外部rc電路改變電流設定的參考值，可以精確地跟蹤定子繞組中的電流，實現輸出力矩的直接控製。這樣就降低處理器成本、減少外圍器件數量、減少pcb板尺寸、優化係統縮短開發周期。

 

 

 

　　

無刷直流電機控製部分是整個控製器的核心
，其設計的好壞將影響整個係統，本設計的主要電路圖如圖3所示。為了獲得可調的方波電壓，利用電力電子器件的完全可控性，采用pwm脈mai寬kuan調tiao製zhi技ji術shu
，直zhi接jie將jiang恒heng定ding的de直zhi流liu電dian壓ya調tiao製zhi成cheng可ke變bian大da小xiao和he極ji性xing的de交jiao流liu電dian壓ya作zuo為wei電dian機ji的de電dian樞shu端duan電dian壓ya，實shi現xian係xi統tong的de平ping滑hua調tiao速su。逆ni變bian電dian路lu和he驅qu動dong電dian路lu是shi主zhu控kong芯xin片pian與yu被bei控kong電dian機ji之zhi間jian的de紐niu帶dai，其qi傳chuan輸shu性xing能neng的de好hao壞huai直zhi接jie影ying響xiang著zhe整zheng個ge係xi統tong的de運yun行xing質zhi量liang。mosfet具有開關速度快、高頻特性好

、輸入阻抗高、驅動功率小、熱穩定性優良、無二次擊穿問題、安全工作區寬和跨導線性度高等顯著特點
，本控製係統采用三組獨立控製信號驅動的mosfet組成的全橋逆變器變換電路。驅動芯片采用八腳的ir2103

，mosfet采用stp75nf75，裏麵自帶有續流二極管，這樣也減小了pcb的體積。采用過零點檢測法檢測反電勢［3］［4］，每個過零點都超前下個換相點30°電角度

，隻要測出未道導通相的過零時刻再進行30°電角度延時即可實現換相

，反電動勢信號送入mcia
，mcib
，mcic進行處理以對無刷直流電機進行換相。

 

 

無刷直流電機控製係統的軟件用c語(yu)言(yan)設(she)計(ji)而(er)成(cheng)，采(cai)用(yong)模(mo)塊(kuai)化(hua)編(bian)程(cheng)和(he)結(jie)構(gou)化(hua)編(bian)程(cheng)，即(ji)將(jiang)程(cheng)序(xu)分(fen)解(jie)成(cheng)若(ruo)幹(gan)個(ge)小(xiao)模(mo)塊(kuai)，各(ge)個(ge)模(mo)塊(kuai)保(bao)持(chi)相(xiang)對(dui)的(de)獨(du)立(li)性(xing)
，隻(zhi)靠(kao)少(shao)量(liang)的(de)出(chu)入(ru)口(kou)參(can)數(shu)聯(lian)係(xi)這(zhe)樣(yang)使(shi)程(cheng)序(xu)的(de)調(tiao)試(shi)、修改、維護都比較方便;各個模塊利用嚴格的轉移和調用語句組成一個嚴密的整體。主要實現無位置傳感器無刷直流電機的位置檢測、轉速的調節、pwm信號的產生等功能。由主程序、子程序和中斷服務程序組成。

　　

　　

主程序主要實現：係統的定時器、i/o口
、相關外圍設備等係統的初始化;看門狗初始化;st7mc1k2的中斷優先級的設置;idle、start、run、brake和stop五種狀態的轉換及其各自所做出的相應處理程序。當係統進行初始化並進行相應的中斷處理以後將進入主循環，主循環包括鍵掃描、i/o口處理、電機啟動
、五種狀態的轉換及其電壓電流模式的轉換等
，流程圖見圖4：

 

　　

　　

子程序模塊包括i/o口初始化子程序、定時器a子程序
、外圍設備初始化子程序
、看門狗初始化和刷新子程序、a/d轉換子程序、電機預定位子程序

、運放設置子程序、閉環調節子程序、周期轉頻率子程序等。各模塊相對獨立又通過一定的參數出入口聯係。

　　

　　

中斷程序包括定時器a的中斷處理程序、換相和消磁中斷處理程序、速率更新中斷處理程序、過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)中(zhong)斷(duan)處(chu)理(li)程(cheng)序(xu)等(deng)。此(ci)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)采(cai)用(yong)典(dian)型(xing)的(de)六(liu)步(bu)控(kong)製(zhi)方(fang)式(shi)來(lai)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，這(zhe)部(bu)分(fen)程(cheng)序(xu)嵌(qian)入(ru)到(dao)換(huan)相(xiang)與(yu)中(zhong)斷(duan)處(chu)理(li)程(cheng)序(xu)中(zhong)去(qu)，六(liu)步(bu)控(kong)製(zhi)的(de)相(xiang)關(guan)寄(ji)存(cun)器(qi)設(she)置(zhi)見(jian)圖(tu)5所示。

 

　　

　　

采用上述理論
，這裏采用austere48v無刷直流電機，啟動最大電流18a，正常運行時10-15a
，jiehexiangguanyingjianheruanjiansheji，yijingchenggongdishixianleduidiandongmotuocheshangwuweizhichuanganqiwushuazhiliudianjikongzhi。shiyanjieguobiaoming，zaidianyuandianyayidingdeqingkuangxia，suizhekongzhixinhaopwm波占空比不斷增大，電動機上的平均電壓隨之變大，速度亦相應上升。圖6為整個過程的相電流波形，圖7為正常運行時的相電壓波形。圖6中過程可以分析如下：電(dian)機(ji)采(cai)用(yong)三(san)步(bu)啟(qi)動(dong)方(fang)式(shi)


，先(xian)進(jin)行(xing)轉(zhuan)子(zi)預(yu)定(ding)位(wei)，然(ran)後(hou)同(tong)步(bu)加(jia)速(su)，加(jia)速(su)到(dao)一(yi)定(ding)階(jie)段(duan)後(hou)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)到(dao)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)，當(dang)檢(jian)測(ce)到(dao)兩(liang)個(ge)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)後(hou)進(jin)入(ru)自(zi)動(dong)切(qie)換(huan)模(mo)式(shi)，此(ci)時(shi)先(xian)用(yong)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)，然(ran)後(hou)切(qie)換(huan)到(dao)電(dian)壓(ya)模(mo)式(shi)由(you)轉(zhuan)把(ba)控(kong)製(zhi)占(zhan)空(kong)比(bi)以(yi)控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)速(su)度(du)。

 

 

　　

作為有著廣泛市場前景和巨大社會效益的新型綠色交通工具，電動摩托車日益受到各生產廠家
、研究機構、廣大消費者的喜愛。本文介紹了以意法公司生產的st7fmc1k2專zhuan用yong電dian機ji控kong製zhi芯xin片pian設she計ji了le一yi套tao無wu位wei置zhi傳chuan感gan器qi無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji控kong製zhi係xi統tong。實shi驗yan結jie果guo表biao明ming，此ci設she計ji到dao達da了le很hen好hao的de控kong製zhi效xiao果guo，同tong時shi它ta簡jian化hua了le係xi統tong線xian路lu，減jian小xiao控kong製zhi器qi體ti積ji，提ti高gao了le係xi統tong運yun行xing效xiao率lv
，增zeng長chang了le壽shou命ming，加jia強qiang了le靈ling活huo性xing和he可ke靠kao性xing，具ju有you好hao的de市shi場chang推tui廣guang價jia值zhi。

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