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基于PIC單片機的電動自行車控制系統(tǒng)設計

作者: 時間:2009-06-16 來源:網(wǎng)絡 收藏

2.2 系統(tǒng)的主要控制電路
(1)位置檢測與速度檢測電路。在無刷直流電機的控制中,磁極位置的測定直接決定了控制效果的好壞。方波電流驅(qū)動的無刷直流電機是借助于位置檢測信號控制逆變器換流,以達到在電機定子線圈中通以互差120°的方波電流,才能正常運行。本系統(tǒng)的位置信號采樣是通過無刷直流機本身自帶的霍爾元件檢測的,由于霍爾元件是集電極開路輸出,其輸出信號經(jīng)過上拉電阻得出位置方波信號,再經(jīng)過隔離電路送到的C口對應引腳進行位置信號的捕捉。
為了使電路盡可能的簡單,降低成本,該系統(tǒng)沒有專門設置速度檢測裝置,而是利用轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來反映電機的轉(zhuǎn)速,并通過軟件運用算法測速,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速反饋。
(2)電流檢測電路。電流檢測是限流驅(qū)動的基礎,是系統(tǒng)電流環(huán)控制的重要環(huán)節(jié),該方案采用一個分流電阻間接測流。在直流側(cè)接相應阻值的分流電阻,通過測量電阻的電壓,來測量直流回路的電流,這種方案對于A/D轉(zhuǎn)換的精度和軟件數(shù)據(jù)處理有一定要求,但是造價很低。
(3)驅(qū)動、逆變電路。該系統(tǒng)采用MOSFET組成逆變器的變換電路。由于半橋逆變器的控制比較復雜,需要6組控制信號,電機三相繞組的工作也相對獨立,必須對三相電流分別控制。而全橋逆變器的控制比較簡單,只需三組獨立控制信號,且任一時刻導通的兩相電流相等,只要對其中一相電流進行控制,另外一相電流也得到了控制。因此該方案采用全橋逆變電路來控制各相位的導通,并選取美國國際整流公司推出的MOS功率器件專用的柵極驅(qū)動集成電路IR2132S。
(4)電機調(diào)速方案。直流無刷機可以通過改變電樞電路中的外串電阻或改變加在機電樞上的電壓調(diào)速。其中改變電樞電壓調(diào)速的方法有穩(wěn)定性較好、調(diào)速范圍大的優(yōu)點。該系統(tǒng)利用開關驅(qū)動方式使半導體功率器件工作在開關狀態(tài),通過脈寬調(diào)制(PWM)控制電動機電樞電壓,實現(xiàn)調(diào)速。
常用的PID控制算法分為位置式控制算法和增量式控制算法。位置型PI算法的表達式為:


式中:e(t)是輸入;u(t)起控制作用;Kp為比例系數(shù);Ti為積分時間常數(shù)。
增量型算法表達式為:


該系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器用PI調(diào)節(jié)器,速度調(diào)節(jié)器為改進的PI調(diào)節(jié)器,且都采用增量式控制算法。對于速度環(huán)的控制采用改進的PI算法即積分分離PI算法實現(xiàn)。該算法的表達式為:



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