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电动摩托车无传感器无刷直流电机控制系统设计

宣布时间:2012年10月29日 21:10    宣布者:Liming
要害词: 电动摩托车 , 传感器 , 直流电机
  传统的驱动电机结构严重年夜,效力低,噪音年夜,而无刷直流电念头是一种用电子换相装配取代机械换相装配的新型直流电念头,没有激磁消耗,热阻较小,散热容易,具有用力高、过载才干强、无换向火花等优点,是高速电机的一个主要生长偏向。通常无刷直流电机接纳电子或电机式职位传感器取得转子职位信息,可是有些传感器的分辨率低或运转特点欠好,有的对情形条件如震惊,湿润和温度变换很敏感,使性能降低,系统可靠性和准确性降低。传感器还年夜年夜增添了电气毗连线数目,增添滋扰,增年夜体积和资源。是以,在小型轻载条件下,无职位传感器无刷直流电机成为理想的选择并具有普遍的生长远景。接纳无传感器无刷直流电机的电动摩托车作为绿色环保交通工具具有操作质朴、骑乘温馨、掩护便利、污染小和噪声高等优点。本文简介一种以st7fmc1k2为焦点的无传感器无刷直流电机控制系统。
电动摩托车的控制器结构、使命原理及电机控制部门硬件设计
  电动摩托车的控制器结构与使命原理
  电动摩托车的控制用具有电机驱动控制、参数显示和电池治理等基本功效。电动摩托车经由历程控制器搜集在种种情形下的参数,控制电机运转,调治车速率,前进电机和电池的效力,保证骑乘者和他人的人身安然。能量治理系统对电池实验有用的治理,监视和控制电池的充放电历程,使电池处于优胜的使命状态,保证电池的有用应用寿命。其全体机构如图1。

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  原主控制芯片st7fmc1k2作为控制焦点,向驱动电路转达pwm旌旗暗记以驱动电机;经由历程i/o口向面板显示电路转达时钟旌旗暗记、复位旌旗暗记和数据旌旗暗记。单片机从驱动电路部门取得反电动势检测旌旗暗记并阻拦处置赏罚赏罚和时对电机换相;同时从驱动电路取得电流采样旌旗暗记,以阻拦过流掩护;从电池电量检测电路取得电压旌旗暗记以阻拦欠压掩护。转把旌旗暗记用于改变电压以改变pwm的占空比来对电机阻拦调速,刹车旌旗暗记用于紧迫情形时实时阻拦电机的运转。
  st7fmc1k2芯片的简介[1]
  现在市场上有许多无刷电机公用控制芯片,年夜部门厂商接纳motorola的mc33035控制,它具有没有刷电机控制系统所须要的基本功效。本设计综合推敲性价比等因素接纳意法公司的st7fmc1k2作为主控芯片,可以完玉成部功效并能够知足所需求的控制精度。详细特点有:8k的flash和384字节的ram,配有lvd、看门狗、高抗噪电磁兼容电路,10位多通道a/d转换器、sci,spi、i2c、usb和带pwm功效的准时器,它的最年夜特点是内置了增强型的公用mtc,见图2,含有一个pwm治理单元,可经由历程软件设置不合的pwm要领,内置的运算镌汰年夜器较量器可以对电机绕组电流采样旌旗暗记阻拦镌汰年夜,完成两种不合的驱动形式:电压形式和电流形式。电流形式以定子绕组中的电流为直接控制工具,经由历程单片机外部的pwm占空比和外部rc电路改变电流设定的参考值,可以准确地跟踪定子绕组中的电流,完成输入力矩的直接控制。这样就降低处置赏罚赏罚器资源、增添焦点器件数目、增添pcb板尺寸、优化系统延张开发周期。

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无刷直流电机控制部门硬件设计

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  无刷直流电机控制部门是一切控制器的焦点,其设计的短长将影响一切系统,本设计的主要电路图如图3所示。为了取得可调的方波电压,应用电力电子器件的完全可控性,接纳pwm脉宽调制手艺,直接将恒定的直流电压调制成可变年夜小和极性的交流电压作为电机的电枢端电压,完成系统的腻滑调速。逆变电路和驱动电路是主控芯片与被控电机之间的纽带,其传输性能的短长直接影响着一切系统的运转质量。mosfet具有开关速率快、高频特点好、输入阻抗高、驱动功率小、热稳固性优良、无二次击穿效果、安然使命区宽和跨导线性度高等显着特点,本控制系统接纳三组自力控制旌旗暗记驱动的mosfet组成的全桥逆变器变换电路。驱动芯片接纳八脚的ir2103,mosfet接纳stp75nf75,外面自带有续流二极管,这样也减小了pcb的体积。接纳过零点检测法检测反电势[3][4],每个过零点都超前下个换相点30°电角度,只需测出未道导通相的过零时间再阻拦30°电角度延时便可完成换相,反电动势旌旗暗记送入mcia,mcib,mcic阻拦处置赏罚赏罚以对无刷直流电机阻拦换相。
无刷直流电机系统软件设计
  无刷直流电机控制系统的软件用c语言设计而成,接纳模块化编程和结构化编程,行将法式模范模范分化成若干个小模块,各个模块保持相对的自力性,只靠年夜批的收支口参数联系这样使法式模范模范的调试、修改、掩护都较量便利;各个模块应用严酷的转移和挪用语句组成一个严密的所有。主要完成无职位传感器无刷直流电机的职位检测、转速的调治、pwm旌旗暗记的发生等功效。由主法式模范模范、子法式模范模范和中止服务法式模范模范组成。
  主法式模范模范设计
  主法式模范模范主要完成:系统的准时器、i/o口、相关焦点装备等系统的初始化;看门狗初始化;st7mc1k2的中止优先级的设置;idle、start、run、brake和stop五种状态的转换及其各自所做出的照顾处置赏罚赏罚法式模范模范。当系统阻拦初始化并阻拦照顾的中止处置赏罚赏罚以后将进入主循环,主循环网罗键扫描、i/o口处置赏罚赏罚、电机启动、五种状态的转换及其电压电流形式的转换等,流程图见图4:

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  子法式模范模范设计
  子法式模范模范模块网罗i/o口初始化子法式模范模范、准时器a子法式模范模范、焦点装备初始化子法式模范模范、看门狗初始化和刷新子法式模范模范、a/d转换子法式模范模范、电机预定位子法式模范模范、运放设置子法式模范模范、闭环调治子法式模范模范、周期转频率子法式模范模范等。各模块相对自力又经由历程一定的参数收支口联系。
  中止法式模范模范
  中止法式模范模范网罗准时器a的中止处置赏罚赏罚法式模范模范、换相和消磁中止处置赏罚赏罚法式模范模范、速率更新中止处置赏罚赏罚法式模范模范、过零检测中止处置赏罚赏罚法式模范模范等。此无刷直流电机接纳尺度的六步控制要领来阻拦控制,这部门法式模范模范嵌入到换相与中止处置赏罚赏罚法式模范模范中去,六步控制的相关存放器设置见图5所示。

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  实验效果及其剖析
  接纳上述现实,这里接纳austere48v无刷直流电机,启动最年夜电流18a,正常运转时10-15a,联络相关硬件和软件设计,曾经告成地完成了对电动摩托车上无职位传感器无刷直流电机控制。实验效果表明,在电源电压一定的情形下,随着控制旌旗暗记pwm波占空比赓续增年夜,电念头上的匀称电压随之变年夜,速率亦照顾上升。图6为一切历程的相电流波形,图7为正常运转时的相电压波形。图6中历程可以剖析以下:电机接纳三步启动要领,先进行转子预定位,然后同步加速,加速到一定阶段后可以检测到反电动势,当检测到两个反电动势落伍入自动切换形式,此时先用电流形式,然后切换到电压形式由转把控制占空比以控制电机速率。

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结语
  作为有着普遍市场远景和巨年夜社会效益的新型绿色交通工具,电动摩托车日趋遭到各临盆厂家、研究机构、广年夜破费者的喜欢。本文简介了以意法公司临盆的st7fmc1k2公用电机控制芯片设计了一套无职位传感器无刷直流电机控制系统。实验效果注解,此设计到达了很好的控制效果,同时它简化了系统线路,减小控制器体积,前进了系统运转效力,增添了寿命,增强了无邪性和可靠性,具有好的市场推行价值。
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fengnl 揭晓于 2012-11-9 21:07:33
hao
Ali007 揭晓于 2012-11-21 14:48:55
最新盛行的两轮车应当最适用。
oio1230 揭晓于 2013-4-2 16:21:16
不错  支持,
z_weijun518 揭晓于 2017-3-7 16:48:42
谢谢分享!
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