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傳統的驅動(dòng)電機結構復雜，效率低，噪音大，而無(wú)刷直流電動(dòng)機是一種用電子換相裝置代替機械換相裝置的新型直流電動(dòng)機，沒(méi)有激磁損耗，熱阻較小，散熱容易，具有效率高、過(guò)載能力強、無(wú)換向火花等優(yōu)點(diǎn)，是高速電機的一個(gè)重要發(fā)展方向。通常無(wú)刷直流電機采用電子或機電式位置傳感器獲取轉子位置信息，然而有些傳感器的分辨率低或運行特性不好，有的對環(huán)境條件如震動(dòng)，潮濕和溫度變化很敏感，使性能下降，系統可靠性和精確性降低。傳感器還大大增加了電氣連接線(xiàn)數目，增加干擾，增大體積和成本。因此，在小型輕載條件下，無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機成為理想的選擇并具有廣泛的發(fā)展前景。采用無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機的電動(dòng)摩托車(chē)作為綠色環(huán)保交通工具具有操作簡(jiǎn)單、騎乘舒適、維護方便、污染小和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹一種以st7fmc1k2為核心的無(wú)傳感器無(wú)刷直流電機控制系統。 電動(dòng)摩托車(chē)的控制器結構、工作原理及電機控制部分硬件設計 電動(dòng)摩托車(chē)的控制器結構與工作原理 電動(dòng)摩托車(chē)的控制器具有電機驅動(dòng)控制、參數顯示和電池管理等基本功能。電動(dòng)摩托車(chē)通過(guò)控制器采集在各種情況下的參數，控制電機運行，調節車(chē)速度，提高電機和電池的效率，保障騎乘者和他人的人身安全。能量管理系統對電池實(shí)施有效的管理，監督和控制電池的充放電過(guò)程，使電池處于良好的工作狀態(tài)，保證電池的有效使用壽命。其總體機構如圖1。 
st7fmc1k2芯片的介紹［1］ 目前市場(chǎng)上有很多無(wú)刷電機專(zhuān)用控制芯片，大部分廠(chǎng)商采用motorola的mc33035控制，它具有無(wú)刷電機控制系統所需要的基本功能。本設計綜合考慮性?xún)r(jià)比等因素采用意法公司的st7fmc1k2作為主控芯片，可以實(shí)現全部功能并能夠滿(mǎn)足所需求的控制精度。具體特點(diǎn)有：8k的flash和384字節的ram，配有lvd、看門(mén)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(shí)器，它的最大特點(diǎn)是內置了增強型的專(zhuān)用mtc，見(jiàn)圖2，含有一個(gè)pwm管理單元，可通過(guò)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(jìn)行放大，實(shí)現兩種不同的驅動(dòng)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制對象，通過(guò)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(shí)現輸出力矩的直接控制。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(yōu)化系統縮短開(kāi)發(fā)周期。
無(wú)刷直流電機控制部分是整個(gè)控制器的核心，其設計的好壞將影響整個(gè)系統，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脈寬調制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調制成可變大小和極性的交流電壓作為電機的電樞端電壓，實(shí)現系統的平滑調速。逆變電路和驅動(dòng)電路是主控芯片與被控電機之間的紐帶，其傳輸性能的好壞直接影響著(zhù)整個(gè)系統的運行質(zhì)量。mosfet具有開(kāi)關(guān)速度快、高頻特性好、輸入阻抗高、驅動(dòng)功率小、熱穩定性?xún)?yōu)良、無(wú)二次擊穿問(wèn)題、安全工作區寬和跨導線(xiàn)性度高等顯著(zhù)特點(diǎn)，本控制系統采用三組獨立控制信號驅動(dòng)的mosfet組成的全橋逆變器變換電路。驅動(dòng)芯片采用八腳的ir2103，mosfet采用stp75nf75，里面自帶有續流二極管，這樣也減小了pcb的體積。采用過(guò)零點(diǎn)檢測法檢測反電勢［3］［4］，每個(gè)過(guò)零點(diǎn)都超前下個(gè)換相點(diǎn)30°電角度，只要測出未道導通相的過(guò)零時(shí)刻再進(jìn)行30°電角度延時(shí)即可實(shí)現換相，反電動(dòng)勢信號送入mcia，mcib，mcic進(jìn)行處理以對無(wú)刷直流電機進(jìn)行換相。 無(wú)刷直流電機系統軟件設計 無(wú)刷直流電機控制系統的軟件用c語(yǔ)言設計而成，采用模塊化編程和結構化編程，即將程序分解成若干個(gè)小模塊，各個(gè)模塊保持相對的獨立性，只靠少量的出入口參數聯(lián)系這樣使程序的調試、修改、維護都比較方便;各個(gè)模塊利用嚴格的轉移和調用語(yǔ)句組成一個(gè)嚴密的整體。主要實(shí)現無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機的位置檢測、轉速的調節、pwm信號的產(chǎn)生等功能。由主程序、子程序和中斷服務(wù)程序組成。 主程序設計 主程序主要實(shí)現：系統的定時(shí)器、i/o口、相關(guān)外圍設備等系統的初始化;看門(mén)狗初始化;st7mc1k2的中斷優(yōu)先級的設置;idle、start、run、brake和stop五種狀態(tài)的轉換及其各自所做出的相應處理程序。當系統進(jìn)行初始化并進(jìn)行相應的中斷處理以后將進(jìn)入主循環(huán)，主循環(huán)包括鍵掃描、i/o口處理、電機啟動(dòng)、五種狀態(tài)的轉換及其電壓電流模式的轉換等，流程圖見(jiàn)圖4：
子程序模塊包括i/o口初始化子程序、定時(shí)器a子程序、外圍設備初始化子程序、看門(mén)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(huán)調節子程序、周期轉頻率子程序等。各模塊相對獨立又通過(guò)一定的參數出入口聯(lián)系。 中斷程序 中斷程序包括定時(shí)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(guò)零檢測中斷處理程序等。此無(wú)刷直流電機采用典型的六步控制方式來(lái)進(jìn)行控制，這部分程序嵌入到換相與中斷處理程序中去，六步控制的相關(guān)寄存器設置見(jiàn)圖5所示。
采用上述理論，這里采用austere48v無(wú)刷直流電機，啟動(dòng)最大電流18a，正常運行時(shí)10-15a，結合相關(guān)硬件和軟件設計，已經(jīng)成功地實(shí)現了對電動(dòng)摩托車(chē)上無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機控制。實(shí)驗結果表明，在電源電壓一定的情況下，隨著(zhù)控制信號pwm波占空比不斷增大，電動(dòng)機上的平均電壓隨之變大，速度亦相應上升。圖6為整個(gè)過(guò)程的相電流波形，圖7為正常運行時(shí)的相電壓波形。圖6中過(guò)程可以分析如下：電機采用三步啟動(dòng)方式，先進(jìn)行轉子預定位，然后同步加速，加速到一定階段后可以檢測到反電動(dòng)勢，當檢測到兩個(gè)反電動(dòng)勢后進(jìn)入自動(dòng)切換模式，此時(shí)先用電流模式，然后切換到電壓模式由轉把控制占空比以控制電機速度。
作為有著(zhù)廣泛市場(chǎng)前景和巨大社會(huì )效益的新型綠色交通工具，電動(dòng)摩托車(chē)日益受到各生產(chǎn)廠(chǎng)家、研究機構、廣大消費者的喜愛(ài)。本文介紹了以意法公司生產(chǎn)的st7fmc1k2專(zhuān)用電機控制芯片設計了一套無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機控制系統。實(shí)驗結果表明，此設計到達了很好的控制效果，同時(shí)它簡(jiǎn)化了系統線(xiàn)路，減小控制器體積，提高了系統運行效率，增長(cháng)了壽命，加強了靈活性和可靠性，具有好的市場(chǎng)推廣價(jià)值。 |
| hao |
| 最新流行的兩輪車(chē)應該最合用。 |
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