基于LPC2132的雙驅(qū)電動車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(一)
1.概述
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/174984.htm當(dāng)今石油資源匱乏與環(huán)境保護(hù)的緊迫需求,對汽車工業(yè)的發(fā)展提出了新的要求,那就是:低噪聲.零排放和節(jié)能等,電動汽車正是當(dāng)今汽車工業(yè)籍以解決能源.環(huán)保等問題可持續(xù)發(fā)展的最重要途徑,而以輪轂電機(jī)為驅(qū)動的電動車既可以消除傳統(tǒng)傳動中的機(jī)械磨損與損耗,提高了傳動效率,又具有體積小和重量輕的優(yōu)點(diǎn),使得提高效率的同時(shí),車輪空間也能得到有效利用,更有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和現(xiàn)代控制技術(shù);ARM7系列微處理器,作為32位嵌入式處理器,以其極高性能.低功耗.豐富的片上資源.小體積等特性,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動電話.手持式計(jì)算機(jī).汽車等各領(lǐng)域,成為極具市場競爭和前景的處理器.本設(shè)計(jì)方案基于PHILIPS公司的ARM7TDMI-STM處理器LPC2132,分別控制兩個無刷直流電機(jī),實(shí)現(xiàn)電動汽車兩后輪獨(dú)立驅(qū)動,對控制系統(tǒng)進(jìn)行了可靠設(shè)計(jì),保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并最終在實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證.
無刷直流電動機(jī)是由轉(zhuǎn)子位置傳感器.電動機(jī)本體以及電子開關(guān)電路組成.其工作原理如下:由位置傳感器(霍爾傳感器)定時(shí)動態(tài)檢測轉(zhuǎn)子所處的位置,并根據(jù)此位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通或截止,從而控制定子繞組通電與斷電,即實(shí)現(xiàn)了電子換向功能,并使電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn).
圖1是三相聯(lián)結(jié)全橋驅(qū)動電路,其中,開關(guān)管Q1.Q3.Q5采用P溝道MOSFET功率管,柵極為低電平時(shí)MOSFET管導(dǎo)通,VD1.VD3.VD5為相應(yīng)的保護(hù)二極管;開關(guān)管Q2.Q4.Q6采用N溝道M O S F E T功率管,柵極為高電平時(shí)MOSFET管導(dǎo)通,VD2.VD4.VD6為相應(yīng)的保護(hù)二極管.其中位置傳感器的3個輸出端通過特定的邏輯電路控制Q1-Q6開關(guān)管工作(導(dǎo)通或截至),其控制方式有兩種:“三三導(dǎo)通方式”
與“二二導(dǎo)通方式”.全橋式驅(qū)動下的繞組又分為星形聯(lián)結(jié)和角形聯(lián)結(jié),其聯(lián)結(jié)方式如圖2所示.
三三導(dǎo)通方式“指的是每次使3個開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通,在圖1中,各開關(guān)管的導(dǎo)通順序?yàn)椋篞1.Q2.Q3–Q2.Q3.Q4–Q3.Q4.Q5–Q4.Q5.Q6–Q5.Q6.Q1–Q6.Q1.Q2.”三三導(dǎo)通方式“在實(shí)際工作時(shí)又可以分為六種控制方式,每隔60°改變一次導(dǎo)通狀態(tài),每改變一次狀態(tài)更換一個開關(guān)管,每個開關(guān)管導(dǎo)通180°.在每種狀態(tài)下,其合成轉(zhuǎn)矩的大小都是單相轉(zhuǎn)矩的1.5倍.
在本文中使用三相全橋星形聯(lián)結(jié),采用”三三導(dǎo)通方式“,驅(qū)動電路中MOSFET管的導(dǎo)通或截止由相應(yīng)的軟件來控制,即根據(jù)位置傳感器的檢測信號來提取相應(yīng)的MOSFET管對應(yīng)的控制字,并通過特定的邏輯電路控制MOSFET管,實(shí)現(xiàn)對MOSFET管導(dǎo)通或截止控制,從而實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)作出換相控制,使電機(jī)能連續(xù)運(yùn)行.電機(jī)方向的控制只是上述功率MOSFET管的導(dǎo)通順序不同,也就是所提取的控制字不同.無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制,可以采用PWM(脈寬調(diào)制)方法來控制電機(jī)的通電電流,在此不做詳細(xì)描述.
3.雙驅(qū)電動車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本論文控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想是利用一個CPU控制兩個無刷直流電動機(jī),是為實(shí)現(xiàn)電動汽車的后輪分別獨(dú)立驅(qū)動而設(shè)計(jì)的.在電動汽車控制系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對兩個無刷直流電機(jī)的電機(jī)速度調(diào)節(jié).正反轉(zhuǎn)控制,開始和停止控制等功能.這里采用PHILIPS公司LPC2100系列中的LPC2132作為中央處理器.
LPC2132是基于一個支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器,內(nèi)嵌高速64K字節(jié)Flash存儲器,其寬范圍的串行通信接口和豐富的片內(nèi)資源(如32位定時(shí)器x4個.PWM通道x6個.10位8路ADC和10位DAC,另外具有47個通用I/O口以及9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷源)使其具有強(qiáng)大的處理功能,并具有很強(qiáng)的抗干擾能力,特別適用于工業(yè)控制.電動車智能控制系統(tǒng)總體框圖如圖3所示,下面給出幾部分功能的硬件設(shè)計(jì)圖.
3.1 電源設(shè)計(jì)
本控制系統(tǒng)的電源由4塊12V大容量鉛蓄電池串連后提供48V直流電,而系統(tǒng)中的工作電壓還有+3.3V.+5V和+15V,因此采用常用的穩(wěn)壓電源芯片LM7824.LM7815.1117-3.3和1117-5產(chǎn)生所需各組電壓,具有可靠.穩(wěn)定.簡單的特點(diǎn).如圖4所示.
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