电动自行车无刷直流电机兼容式控制器研究

论文摘要

目前市场上的电动自行车控制器都是有针对性的,针对有传感器或无传感器的无刷直流电机,这为电动自行车的维修和更换带来了很大的不便。本文研究了一种对有、无传感器的无刷直流电机都能很好控制的兼容式电动自行车控制器。该控制器能很好的实现单一控制器的所有功能,其优点是兼容性好、可靠性高、安装调试方便。电动自行车无刷直流电机兼容式控制器的研究首先从无刷直流电机的性能分析入手,简要介绍了无刷直流电机的结构、工作原理及数学模型,并针对有、无位置传感器的无刷直流电机的兼容式控制方式进行了研究。然后对兼容式控制器的硬件部分进行设计,硬件部分主要包括三相桥逆变主电路和控制电路。主电路的设计包括逆变电路控制方式的选择,MOSFET功率管的选取及其保护电路的研究;控制电路的设计采用Microchip公司生产的PIC16F72单片机为主控芯片,包括电源电路、检测电路、速度给定电路、驱动电路、欠压保护电路、过流保护电路等电路的设计。对速度的控制采用PI控制算法,将调速系统设计为电流、速度双闭环控制,来确保调速的精度和响应的速度。最后对兼容式控制器的软件部分进行了设计,给出了各模块详细的程序流程图,并对两种试验样机分别控制。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 电动自行车的发展现状
• 1.3 电动自行车用控制器的发展现状
• 1.4 论文的主要工作
• 2 无刷直流电机的性能分析
• 2.1 无刷直流电机的结构及原理
• 2.1.1 无刷直流电机的结构
• 2.1.2 无刷直流电机控制原理
• 2.2 无刷直流电机的数学模型
• 2.2.1 反电势方程
• 2.2.2 电压方程
• 2.2.3 电磁转矩
• 2.2.4 电机运动方程
• 2.3 无刷直流电机的传递函数
• 2.4 电动自行车的性能分析
• 2.4.1 加速性能
• 2.4.2 过载能力
• 2.4.3 爬坡能力
• 3 电动自行车兼容式控制器控制方案的研究
• 3.1 电动自行车兼容式控制器的功能
• 3.2 无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法选择
• 3.3 无位置传感器无刷直流电机反电势过零点检测法
• 3.4 电动自行车的启动方案确定
• 3.5 控制方案的选取
• 3.5.1 PWM 控制方案
• 3.5.2 双闭环控制系统
• 4 电动自行车兼容式控制器硬件设计
• 4.1 系统总体设计
• 4.2 控制器主控芯片PIC16F72 简介
• 4.3 三相桥逆变主电路设计
• 4.4 功率驱动电路设计
• 4.5 电源的设计
• 4.6 电流检测电路的设计
• 4.7 欠压保护电路的设计
• 4.8 转把电压输入电路的设计
• 4.9 刹车输入电路的设计
• 4.10 转子位置检测电路的设计
• 4.10.1 有霍尔传感器的转子位置检测电路的设计
• 4.10.2 基于反电势法的无霍尔转子位置检测电路的设计
• 4.11 有、无霍尔状态识别电路设计
• 5 电动自行车兼容式控制器软件设计
• 5.1 系统软件的总体设计
• 5.1.1 软件系统需要完成的任务
• 5.1.2 系统主程序设计
• 5.2 启动子程序设计
• 5.3 驱动换相模块设计
• 5.4 双闭环控制模块程序设计
• 5.4.1 电流环调节子程序设计
• 5.4.2 速度环调节子程序设计
• 5.5 欠压保护程序模块的设计
• 5.6 柔性电子刹车模块
• 5.7 巡航定速模块
• 6 实验结果与分析
• 6.1 实验方法及条件
• 6.2 无刷直流电机运行稳定性实验
• 6.2.1 无霍尔无刷直流电机运行实验
• 6.2.2 有、无霍尔无刷直流电机的驱动比较实验
• 6.3 电机调速实验
• 6.4 实验结果
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集