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電動(dòng)自行車調(diào)速系統(tǒng)的研究

作者: 時(shí)間:2012-07-17 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:主要的實(shí)現(xiàn)方法、控制策略和電路原理??刂齐娐坊诳刂菩酒?051單片機(jī),通過(guò)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速,通過(guò)八段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速,并根據(jù)永磁無(wú)刷直流機(jī)的特性實(shí)施了脈寬PWM控制,在軟硬件的配合下,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)的設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞:脈寬PWM;單片機(jī);永磁無(wú)刷直流機(jī)

電動(dòng)是一種健康、環(huán)保、便捷的綠色交通工具,它比較符合中國(guó)的實(shí)情,它含有材料科學(xué)、機(jī)械控制、電子等多種技術(shù)。電動(dòng)車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一般由傳感器、功率變換器、電動(dòng)機(jī)、控制器組成。

1 電動(dòng)系統(tǒng)要求和總體規(guī)劃
1.1 調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的基本要求
電動(dòng)車所用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)該具有加速性能好、過(guò)載能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn),并且具有較大的調(diào)速范圍,包括恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū),同時(shí)具有最佳利用能量功能。另外還要求電動(dòng)機(jī)的可靠性高,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以大批量生產(chǎn),使用維修便捷等優(yōu)點(diǎn)。
1.2 采用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)
永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有刷的機(jī)械接觸結(jié)構(gòu)。它采用的是永磁體轉(zhuǎn)子,會(huì)發(fā)熱的電樞繞組裝在外面的定子上,不會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電干擾,運(yùn)行也很可靠,使用和維修簡(jiǎn)單方便。與其它系統(tǒng)相比,永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有更高的效率和能量密度,在電動(dòng)車中有很好的應(yīng)用前景。
1.3 調(diào)速系統(tǒng)的總體規(guī)劃
電動(dòng)自行車的基本原理是:由蓄電池提供電能,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自行車。電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有以下四個(gè)方面:(1)控制電路的設(shè)計(jì);(2)傳感器選擇以及安放設(shè)計(jì);(3)顯示電路的設(shè)計(jì);(4)程序設(shè)計(jì)。

2 調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)
控制電路主要有電源電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)接口電路、顯示電路四個(gè)部分。傳感器的電源直接使用24 V蓄電池,單片機(jī)的電源則通過(guò)三端穩(wěn)壓器78L05將24 V電源轉(zhuǎn)換到5 V。
2.1 電源電路、顯示電路和控制電路
24 V直流電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器74L05輸出即為單片機(jī)所要求的+5 V電源。顯示部分采用單片機(jī)串口通訊,單片機(jī)通過(guò)中斷的方式為顯示服務(wù)。打開(kāi)系統(tǒng)電源后由電位器控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,IN0-IN6線上那一路模擬電壓被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量由ADDA-ADDC線上的地址決定。
2.2 驅(qū)動(dòng)電路及原理
電動(dòng)自行車使用24 V直流電機(jī),這種小功率直流電機(jī)一般有兩種調(diào)速方法:一是使用功率三極管作為功率放大器的輸出控制直流電機(jī);二是脈寬調(diào)制型,它有雙向式和單向式兩種。
考慮到電動(dòng)自行車對(duì)調(diào)速精度和距離控制要求不太高等多方面因素,決定采用單向式開(kāi)環(huán)PWM控制。

3 調(diào)速系統(tǒng)主要器件性能及原理
電動(dòng)車的性能指標(biāo)一般由驅(qū)動(dòng)性能、駕駛性能、車載能源系統(tǒng)性能這三部分組成。驅(qū)動(dòng)性能取決于電機(jī)功率因素,車載能源系統(tǒng)性能取決于電池的容量,駕駛性能指標(biāo)的優(yōu)劣取決于控制系統(tǒng)駕駛模式的技術(shù)。
3.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)
8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等。8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示:

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/171162.htm

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3.2 永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本工作原理
無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體,在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器,定子磁場(chǎng)軸線與轉(zhuǎn)子軸線是垂直的。
由于繞組平均電流和平均電磁轉(zhuǎn)矩成正比:
Tm=KtIav(N·m)。
電動(dòng)機(jī)的角速度和兩相繞組反電勢(shì)的差也成正比:
ELL=Keω(V)。
所以,平均電流Iav=(Vm-ELL)/2Ra(A),Vm=δ·VDC。

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