電動自行車控制器的設計

電子信息工程論文編號:DZXX069  論文字數:15424,頁數:46

目　錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1　課題的研究背景及發展狀況 1
1.1.1選題背景 1
1.1.2　發展狀況 1
1.1.3　發展前景 2
1.2　電動自行車組成部分及其特點 3
1.3　電機控制技術的發展 3
1.3.1　功率半導體器件與驅動電路的發展 3
1.3.2　電機控制器的發展 4
1.4　本論文的主要工作 5
第二章　設計方案論證 6
2.１　電機特性分析 6
2.1.1　稀土永磁無刷直流電機的基本結構 6
2.1.2　電機的基本工作原理 7
2.1.3　三相無刷直流電機星形連接全橋驅動原理 7
2.2　直流電動機的PWM調速原理 9
2.3　主芯片的選擇 10
2.4　數字PI速度調節 11
2.4.1 PID基本原理 11
2.4.2 PID各環節的作用 11
2.4.3 PID算法程序的設計 12
2.4.4　數字PI速度調節器設計 14
第三章 系統硬件設計 15
3.1　硬件系統概述 15
3.2　信號檢測電路設計 15
3.2.1　位置檢測 15
3.2.2　電流檢測 16
3.2.3　速度檢測 17
3.3　三相全橋逆變電路及其功率驅動的設計 18
3.4　電路保護 19
3.4.1　欠壓過流保護 19
3.4.2　堵轉保護 19
3.4.3　硬件自檢保護 20
3.4.4　短路保護 20
3.5　電路電源 20
第四章　系統軟件設計 22
4.1　主程序的設計 22
4.2　各功能模塊的設計思想 22
4.2.1　位置檢測模塊 22
4.2.2　換相控制模塊 23
4.2.3　A/D采樣模塊 24
4.2.4　電流調節器的實現 25
第五章 設計總結 27
致謝 28
參考文獻 29
附錄A 原理圖 30
附錄B PCB板 31
附錄C 部分程序代碼 32

摘要
  近年來，燃油交通工具因尾氣排放問題己造成了城市空氣的嚴重污染。于是發展綠色交通工具已成為一個重要的課題。考慮到我國目前的國情，發展電動自行車具有重要的環保意義。而且靈活、輕巧、“零排放”、價格低廉等優點，將使電動自行車迅速得到普及。
 本課題采用stc12c5410ad作為主控芯片。在硬件方面，進行了微控制單元電路設計、轉子位置信號采集電路設計、電源電路設計、系統硬件保護電路設計、三相全橋逆變電路設計和逆變器驅動電路設計。采用霍爾傳感器作為電機轉子位置傳感器，微控制單元根據轉子位置信號向驅動電路傳遞PWM(脈寬調制)信號、逆變器上下臂驅動信號控制電機。在軟件方面利用C語言，采用模塊化編程和結構化編程。根據無刷直流電機的控制原理，對系統的控制部分進行了詳細分析。利用數字PI控制理論實現電機速度的閉環調制，提出了一種電機控制系統的接線模式自識別功能設計方案，能夠自動識別電機的換相角度、霍爾相位和電機輸出相位。在系統可靠性方面：設計了系統的欠壓、過流和堵轉保護。
 本課題所設計的控制器保護功能較完善、硬件結構簡單、成本較低，具有升級空間。

關鍵詞　單片機  電動自行車  控制系統  無刷直流電機

Abstract
 In recent years, the waste gas from the gasoline-automobiles has caused severe pollution problems in cities. So, it's more and more important to develop the so called ‘green-automobiles’. Considering our country's status, to develop the e-bike will be helpful to solve the pollution problem. With the virtues of flexibility, slimness and zero waste-gas, e-bike is more and more popular.
 This topic adoption stc12c5410 ads is that the lord controls chip. The design of hardware including MCU circuit, position of the rotor circuit, power circuit, hardware protection circuit  and electronic commentator  circuit have been carried out. There are three hall sensors for the position of the rotor, according to the position of the rotor and PWM (pulse width modulation) control signals, the electronic commentator works. The software was designed following the principle of modularization and structured programming and using C as the programmer languages. Typical PI control strategy is used to control the speed. Mode identified module can identify the angle of the BLDCM, the position of the rotor and the output of the system automatically. Less voltage protection, current excessive protection and wrong angle protection are designed to reinforce the system.
 This kind of control system is superior in many fields such as high reliability, simple hardware structure, low cost, and convenient for the further development.
 
KeyWords Microcontroller  E-bike  Control System  Brushless-DC-Motor