电动自行车交流伺服控制器研制

论文摘要

随着各国对能源和环境问题重视,电动车产业迅速发展。电动自行车作为绿色交通工具中最便捷、最灵活的短途交通工具,更加受到人们的喜爱,因此发展电动自行车有着良好的社会意义和可观的经济效益。目前国内市场上的电动自行车普遍采用的是直流驱动,电动自行车的整个动力驱动系统可划分为轮毂电机和控制器两部分,控制器作为驱动系统中最核心的部件之一,其性能好坏直接影响到整车性能的优劣,由于直流驱动系统本身所固有的一些属性和特点,如换相造成的脉动转矩、定位精度低、平稳性差等等,使得直驱电动自行车本身存在一些难以解决的问题,尽管人们在控制策略上做了大量的改进,但都治标不治本。考虑到上述问题,本课题定位于研制一款交流伺服控制器,控制对象为交流电机中的外转子永磁同步轮毂电机,目的使其在定位精度、脉动转矩、响应速度上与直流控制器相比都有所改进,从而达到整车性能优化的目的。首先,通过对电动自行车各种功能分析,确定了电动自行车的总体电气方案,设计出交流伺服控制器的硬件电路部分,包括电路原理图设计和PCB板的制作。其次,对电动自行车运行各种工况做了认真分析,确定了其运行的五种基本工况:启动、调速运行、滑行减速、刹车减速、下坡限速,针对每种工况的运行特点,做出每种工况的上位功能指令,并做出了程序流程图。最后,通过实验验证了控制器的合理性,包括:电流传感器测试、死区测试、延迟测试、温升测试、各种功能信号测试以及驱动测试,实验结果表明,控制器长时间运行效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本科题研究目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 电动自行车发展状况
• 1.3.2 交流伺服控制发展状况
• 1.4 课题研究主要内容
• 第2章 电动自行车交流伺服控制器总体电气方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 永磁同步电机概述及其控制模型建立
• 2.3 控制器DC/DC电源电路
• 2.4 功率驱动电路
• 2.4.1 三相全桥逆变主回路及电压矢量最优化算法
• 2.4.2 MOSFET功率驱动电路
• 2.5 伺服控制器主控电路
• 2.5.1 单片机引脚资源分配
• 2.5.2 单片机主控电路
• 2.6 电流传感器反馈电路
• 2.7 位置检测电路
• 2.8 电压温度及外围信号电路
• 2.9 本章小结
• 第3章 电动自行车交流伺服控制器上位功能指令设计
• 3.1 引言
• 3.2 上位功能指令
• 3.2.1 启动功能指令
• 3.2.2 调速运行指令
• 3.2.3 滑行减速指令
• 3.2.4 刹车减速指令
• 3.2.5 下坡限速指令
• 3.3 上位功能指令程序总体结构设计
• 3.3.1 程序总体结构
• 3.3.2 中断服务程序
• 3.4 本章小结
• 第4章 电动自行车交流伺服控制器性能测试
• 4.1 电流传感器测试
• 4.1.1 PCB板布线对电流传感器影响测试
• 4.1.2 75A电流传感器实际线性度及跟随特性测量
• 4.1.3 LEM 霍尔板受磁瓦和电流影响实验
• 4.2 编码器标定试验
• 4.3 延时和死区测试
• 4.3.1 延时测试
• 4.3.2 死区测试
• 4.4 功耗及温升测试
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢