電動自行車控制器的設計畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 的損傷。對電源電壓進行采樣轉換之后，欠壓時欠壓標志位置為1，并發出欠壓警報；同時開始定時，欠壓警報滿5秒之后停機。過流保護電路可以對MOS管進行保護，將電機最大相電流限制在設定范圍之內，當檢測獲取到的電流超過設定值時關閉驅動MOS管，防止MOS管上大電流流過時產生不可恢復的損壞。過流保護是控制器整體安全保護的最后一道防線，過流保護采樣電阻采用康銅絲，當系統瞬間電流超過最大設定保護電流值而保護服務子程序來不及反應時，燒斷康銅絲以起到保護作用。在電機運行時，系統還對電機進行“速度電流”控制，控制器根據采樣計算判斷電機相電流與電機速度是否保持在設定范圍內。如果在相關設定范圍內，控制器控制電機車速主要以不超過最大電流設定值為依據；如果電機相電流與電機速度超出相關范圍時，即使得到的電機相電流遠沒有達到最大限流設定值，控制器也對電機減小電流，然后再次判斷電機轉速與電機電流的相關性；如果仍然不滿足相關性要求，控制器進一步減小電流。這樣控制器每否定一次相關性判斷，電機相電流就減小一次，直到控制器停止驅動電機。堵轉是指由于程序中速度給定值設置較高，此時控制器有PWM波輸出，但是電機由于電子換相順序紊亂而無法正常運行，在兩個相位之間來回轉動的現象。由于沒有按照正確順序進行電子換相，換相電流難以釋放，因此該相的相電流較大。如果缺失堵轉保護電路設計，控制器很容易因電流過大而產生大量熱量，從而導致控制器燒毀。加入堵轉保護設計以后，當速度設定值較高而電機又無法正常轉動的狀態持續1秒（可由程序設定）時，關閉系統PWM波輸出。只有當將速度給定歸零重新設定后，電機才會再次運行。 抗干擾設計軟件的可靠性對于整個系統的穩定運行至關重要。當系統受到外界突發干擾時，軟件需要及時有效地分析處理故障，并能夠自動返回到正確的運行狀態。本系統程序設計采用功能細分的子模塊設計，使程序易于分析，為后續檢查錯誤奠定了有利的基礎[17]。在調試過程中，能夠很容易找到錯誤位置。模塊化的設計方法也減輕了各子程序模塊之間的相互依賴關系，使程序運行更加可靠。4. 結果與分析本設計從理論分析、硬件電路設計、軟件設計和系統總體調試等方面考慮，逐步實現了控制器所要完成的各項功能。采用額定電壓24V，額定功率60W，轉速3000RPM的帶霍爾傳感器的永磁無刷直流電機作為驅動受控對象，對系統進行了驗證。如圖16所示為PWM波形。由圖示可以看出，在系統采用軟啟動時，PWM波輸出大致呈直線上升，此時處于開環控制。當軟啟動結束，PWM波形正常。圖16 PWM波形圖17 無刷直流電機轉矩仿真波形對無刷直流電動機轉矩進行模擬仿真，得出的轉矩波形如圖17所示。可以看出電動車剛啟動轉速較低時，電機轉矩迅速增大。啟動完畢，電機轉速穩定以后，轉矩基本保持穩定。結果與預期目標符合。在柔性電子剎車的測試中，先使電機的轉速達到2000RPM。在沒有使用機械剎車的情況下只使用柔性電子剎車，如圖18所示為柔性電子剎車效果圖。從圖中可以看出，采用柔性電子剎車時，產生的反向力與當時轉速有較大關系，而且反向力作用的方向始終與電機轉動的方向相反，使電機轉速逐漸降低。圖18 柔性電子剎車效果圖電動機在正常運行中，受到外力不能正常運轉或者電子換相異常，會導致相電流迅速增大，對電機造成不可修復的損傷。在這個環節的測試中，得到的堵轉保護相電流波形如圖19所示。圖19 堵轉保護相電流波形通過波形圖可以看出，在電機發生堵轉時，相電流迅速增大，此時保護程序啟動，使輸出PWM波占空比迅速減小，從而相電流減小，保護電機不至于損毀。相電流減小至正常值后，系統恢復正常，相電流波形正常。綜上所述，該設計方案具有實際可行性，達到了預期要求，運行平穩可靠。能夠解決影響電動自行車直流無刷電機控制器性能的突出問題，使控制器的可靠性、穩定性、人性化以及運行性能有了進一步提高。5. 展望本設計對電動自行車用無刷直流電動機控制器的各個方面進行了分析探討，經過分析驗證能夠較好地解決目前直流無刷電動機控制器存在的一些問題。簡化了電路結構，側重于軟件實現，降低了故障率。增加了多種保護功能，使電動車的可靠性大大提高，而且更加人性化。實現了程序模塊化和較好的易讀性，便于用戶修改。針對原有直流無刷電機控制器電流采樣的快速性、準確性問題，設計出合理的電流采樣保持電路。在電路設計中留有接口，為后續功能升級改進提供了方便。由于時間以及水平有限，本設計提出的解決方案，也存在一些缺點和未深入分析探討的地方。我認為在本設計的基礎上值得深入研究的內容如下：（1）電動車低速運行時力矩的抖動現象。力矩的抖動對電動車的使用者會產生一定程度的不適感，不利于提高用戶對產品的人性化的需求。因此長遠來看，消除低速運行時的力矩抖動現象有待深入研究。（2）系統全數字化設計。本文設計的控制系統沒有全部采用數字分析方法。數字化設計具有參數修改方便、減小系統對器件性能依賴、提高工作效率和便于實現多種功能等優點。今后電動自行車的發展方向是高檔化、智能化、人性化。將直流無刷電機控制器全數字化，是比較有前景的研究方向。（3）低成本的速度檢測及在此條件下的軟件算法的研究[18]。閉環控制的理論及方法已非常成熟，但是測速電機的成本卻影響了閉環方法在直流無刷電機控制器上的應用，而以反電動勢檢測法為主的低成本速度檢測方法目前尚在性能上與測速電機方法有較大差異。因此能否將二者的優點加以結合成為未來研究的重點。參考文獻[1] [J].電機技術,2004(2): 3943.[2] [D].江蘇:江蘇大學,2010.[3] [D].大連:大連理工大學,2006.[4] 萬文斌,[J].儀表技術,2009(3): 79. [5] 姜書政,[J].現代電子技術,2010,33(7): 3840.[6] [D].南京:南京航空航天大學,2005.[7] 郭崇軍,李琦,洪權,[J].機電工程,2007,24(9): 3638.[8] [D].大連:大連理工大學,2005.[9] 葛榮,[J].南通職業大學學報,2005,19(2): 3539.[10] 吳俊卿,張浩然,[J].電子器件,2010,33(5): 642645.[11] 范化明,盧文科,[J].電子測量技術,2009,32(11): 8084.[12] [J].中國科技博覽,2011(11): 6868.[13] [D].湖南:湖南大學,2008.[14] 賈桂麗,高延濱,[J].應用科技,2008,35(1): 6164.[15] 黃燦水,林榮文,[J].福建能源開發與節約,2004 (1): 4547.[16] [D].廣西:桂林理工大學,2012.[17] [D].四川:四川大學,2007.[18] [D].上海:同濟大學,2005.致 謝歲月如梭，轉眼間四年的大學生活即將結束，站在畢業的門檻上，回首往昔，奮斗和辛勞成為絲絲的記憶，甜美與歡笑也都塵埃落定。、嚴謹的科研氛圍教我求學，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實的校園生活育我成人。值此畢業論文完成之際，我謹向所有關心、愛護、幫助我的人們表示最誠摯的感謝與最美好的祝愿。 本論文是在徐坤講師的悉心指導之下完成的。四年來，徐老師淵博的專業知識，嚴謹的治學態度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。僅授我以文，而且教我做人，使我終生受益無窮。本論文從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在徐老師的指導下完成的，傾注了大量的心血，在此向我的指導教師徐坤老師表示深切的謝意與祝福！本論文的完成也離不開物理與電子工程系其他各位老師、同學和朋友的關心與幫助。在此也要感的寶貴意見，還要感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我很多材料和生活中的鼓勵幫助，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的建議。同時也感謝這篇論文所涉及到的各位學者。本文引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者的研究成果的幫助和啟發，我將很難完成本篇論文的寫作。回想整個論文的寫作過程，雖有不易，卻讓我除卻浮躁，經歷了思考和啟示，也更加深切地體會了科研的艱難與不易，因此倍感珍惜。由于我的學術水平有限，所寫論文難免有不足和欠缺之處，懇請各位老師批評和指正！26