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電動車無刷直流電動機控制設計,4萬字 62頁包括任務書，文獻綜述，翻譯資料，論文摘要：無刷直流電機控制系統(tǒng)集電機、逆變電路、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，具有高可靠、高效率、壽命長、調(diào)速方便等優(yōu)點，在電動調(diào)速領(lǐng)域有著廣泛的應用。電動自行車的發(fā)明和使用對解決燃油車造成的嚴重環(huán)境污染和緩解日益突出的能源危機問題有一定的現(xiàn)實...
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電動車無刷直流電動機控制設計
4萬字 62頁
包括任務書，文獻綜述，翻譯資料，論文
摘要：無刷直流電機控制系統(tǒng)集電機、逆變電路、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，具有高可靠、高效率、壽命長、調(diào)速方便等優(yōu)點，在電動調(diào)速領(lǐng)域有著廣泛的應用。電動自行車的發(fā)明和使用對解決燃油車造成的嚴重環(huán)境污染和緩解日益突出的能源危機問題有一定的現(xiàn)實意義。
根據(jù)項目參數(shù)要求，采用Mcrochip公司的PIC16F72單片機作為控制芯片，在硬件方面，進行了微控制單元電路設計、邏輯互鎖電路設計、轉(zhuǎn)子位置信號采集電路設計、電源電路設計、升壓電路設計、系統(tǒng)硬件保護電路設計、三相全橋逆變電路設計、逆變器驅(qū)動電路設計和顯示電路設計。采用開關(guān)型霍爾傳感器作為電機轉(zhuǎn)子位置傳感器，微控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號向驅(qū)動電路傳遞PWM (脈寬調(diào)制)信號、逆變器上下臂驅(qū)動信號控制電機。
在軟件方面利用匯編語言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。根據(jù)無刷直流電機的控制原理，對系統(tǒng)的控制部分進行了詳細分析。設計了系統(tǒng)狀態(tài)顯示面板程序模塊。利用數(shù)字PI控制理論實現(xiàn)電機速度的閉環(huán)調(diào)制，提出了一種電機控制系統(tǒng)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(tǒng)可靠性方面:設計了系統(tǒng)的欠壓、過流和堵轉(zhuǎn)保護。本文還對影響控制器和單片機系統(tǒng)可靠性的因素進行了分析，并且給出了解決方案.
本文所設計的無刷電機控制器實現(xiàn)了電動、定速、助力三種工作模式并且在系統(tǒng)出錯情況下具有自檢功能。保護功能較完善、硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，具有升級空間，便于用戶二次開發(fā)。
關(guān)鍵詞:無刷直流電機； PIC單片機； 電動自行車； 控制系統(tǒng)
Abstract：The control system consists of Brushless DC Motor,controlling part,sensor part，hardware and software controlling part. With its unique advantages of high efficiency, high reliability, good controllability and maintenance-free,it is widely used in many fields.To d evelop the electric-bike will be helpful to solve the pollution problem caused by the waste gas from the gasoline-automobiles and energy sources problems.
The task is to design a Brushless DC Motor (BLDCM) controls ystem For electric-bike.According to the project,PIC16F72MCU produced by Microchip Company has been selected.T he design of hardware including MCU circuit,logic lock circuit,position of the rotor circuit, power circuit, voltage up circuit, hardware protection circuit, electronic commutatorci rcuitan dd isplayc ircuith aveb eenc arriedo ut.Th erea reth reeh allse nsorsfor he position of the rotor, according to the position of the rotor and pwm (pulsewidth modulation)controlsi gnals,the electronicc ommutator works.
The software was designed following the principle of modularization and structured programming and using assembly as the programme languages.The display module is designed.Ty pical 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 th e system. Also,factors that affect the reliability of the system are discussed in this paper,and some m ethods are introduced soon after.
This controller realizes three work modes-electromotion,stationary speed and assisting work mode.Another self-test mode,which work sunder error,is also designed.This kind of brushless DC motor control system is superior in many fields such as high reliability, simple hardware st ructure,lowcost,and convenient for the further development.
Key Words: Electric bike; Brushless DC Motor; PIC; Control System
目 錄
1 第一章 緒論 5
1.1無刷直流電機的現(xiàn)狀 5
1.2電動自行車介紹和發(fā)展狀況 5
1.3 無刷直流電機控制器概述 8
1.4本設計的主要工作 9
2 第二章 無刷電機控制系統(tǒng)分析 10
2.1電機的基本原理 10
2.1.1稀土永磁無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu) 10
2.1.2電機的基本工作原理 11
2.1.3三相無刷直流電機星形連接全橋驅(qū)動原理 12
2.2 電機的特性分析 14
2.2.1電機的運行特性分析 14
2.2.2機械特性和調(diào)速特性分析 16
2.2.3其他特性分析 17
2.3直流電動機的PWM調(diào)速原理 18
2.4霍爾傳感器 19
2.4.1開關(guān)型霍爾集成傳感器 19
2.4.2霍爾器件在無刷直流電機中的應用 19
3 第三章 無刷直流電機控制器硬件設計 20
3.1單片機選擇 20
3.1.1單片機選擇依據(jù) 20
3.1.2 PIC單片機特點 20
3.1.3 PIC16F72單片機的功能特性 21
3.1.4 PWM信號在PIC單片機中的處理 22
3.2硬件組成 22
3.3微控制器電路 24
3.4三相全橋逆變電路和驅(qū)動電路 27
3.4.1頂端、底端驅(qū)動電路 27
3.4.2電源電路 29
3.4.3振蕩倍壓電路 30
3.4.4硬件保護電路 30
3.5其他 31
3.5.1蓄電池檢測方案 31
3.5.2助力信號檢測方案 31
3.5.3電動自行車面板顯示電路 32
4 第四章 系統(tǒng)軟件設計 33
4.1概述 33
4.2主程序 34
4.3中斷 35
4.3.1單片機中斷資源 35
4.3.2定時器資源分配 36
4.3.3 MOD鍵(INT中斷)處理模塊 36
4.4 A D轉(zhuǎn)換 37
4.5 PWM(脈沖寬度調(diào)制) 38
4.6位置信號和驅(qū)動信號的對應關(guān)系 39
4.7欠壓保護、過流保護和堵轉(zhuǎn)保護 40
4.7.1欠壓和過流保護功能 40
4.7.2堵轉(zhuǎn)保護功能 40
4.8面板顯示模塊 41
4.9數(shù)字PI速度調(diào)節(jié) 41
4.9.1概述 41
4.9.2 PID基本原理 42
4.9.3位置型PID算法程序的設計 42
4.9.4數(shù)字PI速度調(diào)節(jié)器設計 43
4.10接線模式自識別方案 44
4.10.1接線模式自識別功能的作用 44
4.10.2接線模式自識別解決方案 44
4.11編程注意的問題 47
4.11.1數(shù)據(jù)存儲體的選擇 48
4.11.2二程序存儲體的選擇 48
第五章 系統(tǒng)調(diào)試與運行分析 51
5.1系統(tǒng)軟、硬件部分調(diào)試 51
5.1.1系統(tǒng)硬件調(diào)試 51
5.2控制器的可靠性 53
5.2.1影響控制器可靠性的因素 53
5.2.2 提高控制器可靠性的方案 53
5.3單片機系統(tǒng)可靠性設計 54
5.3.1接地技術(shù) 54
5.3.3抗電磁干擾技術(shù) 55
5.4實驗結(jié)果分析與建議 55
5.4.1實驗結(jié)果分析 55
5.4.2實驗結(jié)論與建議 56
結(jié) 論 58
參考文獻 59
附錄A 控制器電路圖 60
附錄B 控制器電路板PCB圖紙 61
附錄C 控制器實物圖 61
附錄D 電動自行車和指示面板實物圖 62
4萬字 62頁
包括任務書，文獻綜述，翻譯資料，論文
摘要：無刷直流電機控制系統(tǒng)集電機、逆變電路、檢測元件、控制軟件和硬件于一體，具有高可靠、高效率、壽命長、調(diào)速方便等優(yōu)點，在電動調(diào)速領(lǐng)域有著廣泛的應用。電動自行車的發(fā)明和使用對解決燃油車造成的嚴重環(huán)境污染和緩解日益突出的能源危機問題有一定的現(xiàn)實意義。
根據(jù)項目參數(shù)要求，采用Mcrochip公司的PIC16F72單片機作為控制芯片，在硬件方面，進行了微控制單元電路設計、邏輯互鎖電路設計、轉(zhuǎn)子位置信號采集電路設計、電源電路設計、升壓電路設計、系統(tǒng)硬件保護電路設計、三相全橋逆變電路設計、逆變器驅(qū)動電路設計和顯示電路設計。采用開關(guān)型霍爾傳感器作為電機轉(zhuǎn)子位置傳感器，微控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信號向驅(qū)動電路傳遞PWM (脈寬調(diào)制)信號、逆變器上下臂驅(qū)動信號控制電機。
在軟件方面利用匯編語言，采用模塊化編程和結(jié)構(gòu)化編程。根據(jù)無刷直流電機的控制原理，對系統(tǒng)的控制部分進行了詳細分析。設計了系統(tǒng)狀態(tài)顯示面板程序模塊。利用數(shù)字PI控制理論實現(xiàn)電機速度的閉環(huán)調(diào)制，提出了一種電機控制系統(tǒng)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(tǒng)可靠性方面:設計了系統(tǒng)的欠壓、過流和堵轉(zhuǎn)保護。本文還對影響控制器和單片機系統(tǒng)可靠性的因素進行了分析，并且給出了解決方案.
本文所設計的無刷電機控制器實現(xiàn)了電動、定速、助力三種工作模式并且在系統(tǒng)出錯情況下具有自檢功能。保護功能較完善、硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，具有升級空間，便于用戶二次開發(fā)。
關(guān)鍵詞:無刷直流電機； PIC單片機； 電動自行車； 控制系統(tǒng)
Abstract：The control system consists of Brushless DC Motor,controlling part,sensor part，hardware and software controlling part. With its unique advantages of high efficiency, high reliability, good controllability and maintenance-free,it is widely used in many fields.To d evelop the electric-bike will be helpful to solve the pollution problem caused by the waste gas from the gasoline-automobiles and energy sources problems.
The task is to design a Brushless DC Motor (BLDCM) controls ystem For electric-bike.According to the project,PIC16F72MCU produced by Microchip Company has been selected.T he design of hardware including MCU circuit,logic lock circuit,position of the rotor circuit, power circuit, voltage up circuit, hardware protection circuit, electronic commutatorci rcuitan dd isplayc ircuith aveb eenc arriedo ut.Th erea reth reeh allse nsorsfor he position of the rotor, according to the position of the rotor and pwm (pulsewidth modulation)controlsi gnals,the electronicc ommutator works.
The software was designed following the principle of modularization and structured programming and using assembly as the programme languages.The display module is designed.Ty pical 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 th e system. Also,factors that affect the reliability of the system are discussed in this paper,and some m ethods are introduced soon after.
This controller realizes three work modes-electromotion,stationary speed and assisting work mode.Another self-test mode,which work sunder error,is also designed.This kind of brushless DC motor control system is superior in many fields such as high reliability, simple hardware st ructure,lowcost,and convenient for the further development.
Key Words: Electric bike; Brushless DC Motor; PIC; Control System
目 錄
1 第一章 緒論 5
1.1無刷直流電機的現(xiàn)狀 5
1.2電動自行車介紹和發(fā)展狀況 5
1.3 無刷直流電機控制器概述 8
1.4本設計的主要工作 9
2 第二章 無刷電機控制系統(tǒng)分析 10
2.1電機的基本原理 10
2.1.1稀土永磁無刷直流電機的基本結(jié)構(gòu) 10
2.1.2電機的基本工作原理 11
2.1.3三相無刷直流電機星形連接全橋驅(qū)動原理 12
2.2 電機的特性分析 14
2.2.1電機的運行特性分析 14
2.2.2機械特性和調(diào)速特性分析 16
2.2.3其他特性分析 17
2.3直流電動機的PWM調(diào)速原理 18
2.4霍爾傳感器 19
2.4.1開關(guān)型霍爾集成傳感器 19
2.4.2霍爾器件在無刷直流電機中的應用 19
3 第三章 無刷直流電機控制器硬件設計 20
3.1單片機選擇 20
3.1.1單片機選擇依據(jù) 20
3.1.2 PIC單片機特點 20
3.1.3 PIC16F72單片機的功能特性 21
3.1.4 PWM信號在PIC單片機中的處理 22
3.2硬件組成 22
3.3微控制器電路 24
3.4三相全橋逆變電路和驅(qū)動電路 27
3.4.1頂端、底端驅(qū)動電路 27
3.4.2電源電路 29
3.4.3振蕩倍壓電路 30
3.4.4硬件保護電路 30
3.5其他 31
3.5.1蓄電池檢測方案 31
3.5.2助力信號檢測方案 31
3.5.3電動自行車面板顯示電路 32
4 第四章 系統(tǒng)軟件設計 33
4.1概述 33
4.2主程序 34
4.3中斷 35
4.3.1單片機中斷資源 35
4.3.2定時器資源分配 36
4.3.3 MOD鍵(INT中斷)處理模塊 36
4.4 A D轉(zhuǎn)換 37
4.5 PWM(脈沖寬度調(diào)制) 38
4.6位置信號和驅(qū)動信號的對應關(guān)系 39
4.7欠壓保護、過流保護和堵轉(zhuǎn)保護 40
4.7.1欠壓和過流保護功能 40
4.7.2堵轉(zhuǎn)保護功能 40
4.8面板顯示模塊 41
4.9數(shù)字PI速度調(diào)節(jié) 41
4.9.1概述 41
4.9.2 PID基本原理 42
4.9.3位置型PID算法程序的設計 42
4.9.4數(shù)字PI速度調(diào)節(jié)器設計 43
4.10接線模式自識別方案 44
4.10.1接線模式自識別功能的作用 44
4.10.2接線模式自識別解決方案 44
4.11編程注意的問題 47
4.11.1數(shù)據(jù)存儲體的選擇 48
4.11.2二程序存儲體的選擇 48
第五章 系統(tǒng)調(diào)試與運行分析 51
5.1系統(tǒng)軟、硬件部分調(diào)試 51
5.1.1系統(tǒng)硬件調(diào)試 51
5.2控制器的可靠性 53
5.2.1影響控制器可靠性的因素 53
5.2.2 提高控制器可靠性的方案 53
5.3單片機系統(tǒng)可靠性設計 54
5.3.1接地技術(shù) 54
5.3.3抗電磁干擾技術(shù) 55
5.4實驗結(jié)果分析與建議 55
5.4.1實驗結(jié)果分析 55
5.4.2實驗結(jié)論與建議 56
結(jié) 論 58
參考文獻 59
附錄A 控制器電路圖 60
附錄B 控制器電路板PCB圖紙 61
附錄C 控制器實物圖 61
附錄D 電動自行車和指示面板實物圖 62
