ATmega48单片机无刷直流电动自行车控制器设计(2)

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参考文献 33

致谢 34

1 绪论

1.1 电动自行车的现况

当前本国市场上国产电动车的品种规格较多，有简易型和豪华型，车重约35kg，载重量约70kg，一百公里耗电量大约1KW；蓄电池大都用的是免维护铅酸电池，容量为12AH，充电时间在3~8小时之间，充一次电行驶里程约50km，车速低于20km／h，爬坡能力在4度以下；驱动多数用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V、36V和48V，功率在150W~400W左右。

1.2 电动自行车的组成论文网

电动自行车一般主要由以下四个部分车架、电源(蓄电池)、电机和控制器构成。

1．电源(蓄电池)

电源为电动车控制系统及动力系统提供能源。蓄电池的伏安特性、寿命、电能容量等因素对整个动力系统有很大的影响。当前电动车使用的蓄电池大都是价格便宜的铅酸电池。很多电动车使用36V/12AH 、48V/12AH铅酸电池，24V/12AH的电池因为续行里程较短，选择得很少。而镍氢电池和锂电池因为价格较高，导致配载这两种电池的电动自行车价格较高。

假如它成本有下降，进而降低车的售价，那么以配载锂电池与镍氢电池为主的电动自行车将会大范围普及。纳米碳管、燃氢电池寿命长、性能优良、蓄能高但是成本较高，伴随着科技的发展，它们会是将来电动自行车动力源的发展目标。

2. 电机

电气技术发展到如今，多种电机的生产控制技术已经相当发达，电动自行车电机有多种可以挑选，但普遍选的还是无刷直流电动机(BLDCM)和有刷直流电动机。选用这两种电机的原因是它们的控制方法简单，整车成本相对廉价，控制性能能够满足自行车要求。无刷直流电动机控制稍复杂，但因没有电刷而在寿命、安全方面优于有刷直流电机。电动自行车电机的驱动方式有：中置式驱动、悬挂式驱动和轮毂式驱动。当前市场上电动自行车主要是用轮毂驱动，而轮毂驱动前轮驱动性能相对较差，后轮驱动较好。很多电动车使用的是直流轮毂电机，它是外转子式有利于定子固定在轴承上，特别适和用于电动自行车的驱动控制。文献综述

3．控制器

控制器是在无刷直流电动机正常运行时，实现各种调速伺服功能的控制中心。它主要有以下几个作用：

(1) 对电机进行速度闭环和电流闭环调节，使系统具有较好的动、静态性能。

(2) 对转子位置检测器输出的信号、刹车信号、PWM调制信号等进行逻辑综合，为驱动电路提供各开关管的选通信号和斩波信号，实现电机的正反转和停车控制。

(3) 产生PWM调制信号，使电机的电枢电压随给定速度信号而自动变化，实现电机开环调速。

(4)实现短路、过流、欠电压等故障保护功能。

图1-1 电动自行车控制系统图

1.3 电动自行车控制器的研究现状

电动自行车控制器的主要形式有：分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统、基于专用集成电路的控制系统、以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统和全数字控制统。

当前的电动自行车控制器普遍采用数模混合控制系统和全数字控制系统。这种控制系统功能扩展方便、控制灵活且易实现较复杂的控制算法。

目前，电动自行车控制器设计有待深化研究的问题有：(1) 调速方法 (2) 转矩脉动问题 (3) 电磁干扰(4) 控制器设计。对于控制器设计的问题，出于成本考虑，无刷直流电动机控制系统设计普遍采用单片机的数字控制。控制系统以MCU为核心，不全是一个硬件的控制电路，它还要配合软件系统才能控制无刷直流电动机正常运作。因而，设计无刷直流电动机控制系统的一个重要方面就是研究先进的控制算法。而因为单片机本身资源的有限，能在DSP上实现的复杂控制算法要在单片机上实现，还要进行简化。所以研究已经较成熟的复杂控制算法在单片机上的应用也是一个重要的方面。来.自/751·论\文'网·www.751com.cn/