基于STM32的電動(dòng)摩托車無(wú)刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

1、 2015屆畢業(yè)生畢業(yè)論文題 目: 基于STM32的電動(dòng)摩托車無(wú)刷直流電機(jī)控 制器的設(shè)計(jì) 2015 年 5 月 20 日 摘要 電動(dòng)摩托車具有零排放、低噪聲等許多優(yōu)點(diǎn),是現(xiàn)代綠色環(huán)保交通工具,由于比較方便、快捷,所以許多人選擇它作為自己的出行工具，成為大中城市公共交通的補(bǔ)充。電動(dòng)摩托車上一般用的都是無(wú)刷直流電機(jī)，所以電動(dòng)摩托車控制器的質(zhì)量非常重要。 本文首先介紹了無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)和換向原理，緊接著介紹了波脈寬調(diào)速原理直和流無(wú)刷電機(jī)的工作原理。然后做相關(guān)的電路圖設(shè)計(jì)，主控芯片的選擇、電流檢測(cè)電路、霍爾位置傳感器信號(hào)檢測(cè)電路、電源轉(zhuǎn)換與電壓采樣電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、剎車和調(diào)速電路設(shè)計(jì)、STM32

2、 芯片無(wú)刷電機(jī)控制接口電路，這些電路圖設(shè)計(jì)是控制器的關(guān)鍵部分。接著敘述了軟件部分的設(shè)計(jì)，主要包括：主程序的設(shè)計(jì)、過(guò)流保護(hù)、欠壓保護(hù)、電制動(dòng)程序等。通過(guò)輸入程序可以改變PWM波的占空比，所以電樞電壓的大小也可以調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 最后采用STM32單片機(jī)為控制核心,設(shè)計(jì)了電流檢測(cè)保護(hù)電路、位置信號(hào)檢測(cè)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、欠壓保護(hù)電路等,由于單片機(jī)成本低、功能強(qiáng)大、運(yùn)算能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),提高了控制系統(tǒng)的可靠性的同時(shí),也降低了控制成本。我們不僅完成電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，同時(shí)也加深了相關(guān)知識(shí)的理解和聯(lián)系。關(guān)鍵詞： 無(wú)刷直流電機(jī) 、stm32、電路設(shè)計(jì)、目錄1、緒論31.1電動(dòng)車的現(xiàn)狀31.2研究電動(dòng)車的意義

3、41.3本論文的主要工作52無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)52.1. 直流無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)52.2 直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理和控制方法72.3 單片機(jī)選型82.4 無(wú)刷直流電機(jī)選型123系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)143.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)143.2電源電路設(shè)計(jì)143.3無(wú)刷直流電機(jī)霍爾位置傳感器接口電路設(shè)計(jì)153.4 剎車和調(diào)速電路設(shè)計(jì)163.5過(guò)流保護(hù)電路173.6三相全橋驅(qū)動(dòng)電路183.7 過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路194系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)224.1 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)234.2直流無(wú)刷電機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)244.3系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)274.4 STM32檢測(cè)霍爾信號(hào)和輸出PWM軟件設(shè)計(jì)285.總結(jié)和展望30

4、致 謝31參考文獻(xiàn)32附錄331、緒論1.1電動(dòng)車的現(xiàn)狀 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,機(jī)動(dòng)車保有量逐漸增加,環(huán)境污染也因此越來(lái)越嚴(yán)重,所以尋找低排放的技術(shù)和可再生資源稱為一個(gè)重要課題。新型能源的交通工具的出現(xiàn)符合社會(huì)發(fā)展的需求。汽油摩托車作為現(xiàn)代化的交通工具,雖然有它的好處與優(yōu)點(diǎn)，但是摩托車所產(chǎn)生的廢氣和消耗的汽油,造成了一系列問(wèn)題，比如城市環(huán)境污染和能源緊缺。在這種情況下,發(fā)展電動(dòng)摩托車便是一個(gè)重要的方向，它的推廣應(yīng)用和技術(shù)開(kāi)發(fā)便是目前一個(gè)重要議程。 電動(dòng)摩托車以蓄電池作為能源，它具有操作簡(jiǎn)便、舒適方便、污染小等優(yōu)點(diǎn)。可以作為廣大市民代步工具,它是很合適的綠色環(huán)保交通工具,是大

5、中城市公共交通的補(bǔ)充。是一種值得推廣的交通工具，得到越來(lái)越多的人的青睞,具有廣闊的市場(chǎng)前景。 電動(dòng)摩托車主要包括兩個(gè)技術(shù)方面,蓄電池技術(shù)和電動(dòng)機(jī)技術(shù)。 電池是電動(dòng)摩托車的重要組成部分,它的發(fā)展程度高低直接決定電動(dòng)摩托車的技術(shù)水平。近寫(xiě)些年來(lái),電池技術(shù)發(fā)展速度相當(dāng)迅速,密封免維護(hù)鉛酸電池、鎳氫電池、燃料電池等可謂百花齊放,在制造工藝上有了重大改進(jìn),在材料特性上取得較大的發(fā)展,在研究上出現(xiàn)重大突破,讓人們看到了美好的前景。 電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)摩托車的一個(gè)重要組成部分,目前在電動(dòng)摩托車行業(yè)內(nèi),直流電機(jī)的應(yīng)用范圍更加廣泛。主要有有刷高速電機(jī)和無(wú)刷低速電機(jī)。有刷高速電機(jī)這種電機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、系統(tǒng)可靠性

6、高,但是由于需要換向器整流子和電刷,存在著機(jī)械磨損,影響電機(jī)的使用效率。由于無(wú)刷低速電機(jī)沒(méi)有電刷和傳動(dòng)齒輪,所以它不存在電刷的機(jī)械磨損,在運(yùn)行中幾乎沒(méi)有噪音。所以不需要經(jīng)常對(duì)電刷進(jìn)行維護(hù)和替換，減少了運(yùn)行成本。1.2研究電動(dòng)車的意義 電動(dòng)車的發(fā)展可以緩解大氣污染，隨著電池技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，很多國(guó)家爭(zhēng)先研發(fā)電動(dòng)車。由于能源危機(jī)的顯露，石油資源的日趨枯竭、全球溫度上升、大氣的嚴(yán)重污染，人類必須改善目前的不斷惡化的生活環(huán)境，因此尋找替代能源，發(fā)展電動(dòng)車是人類的必由之路。發(fā)展電動(dòng)車的重大意義:促使我國(guó)能源結(jié)構(gòu)得到較好的優(yōu)化，雖然。我們知道電的來(lái)源多種多樣，火力、水力、風(fēng)力、地?zé)?、潮汐、核能都?/p>

7、以發(fā)電等，電動(dòng)車的推廣可以優(yōu)化能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，發(fā)展電動(dòng)車可以保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源安全，它有利于減少溫室氣體和其它有害氣體的排放，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。推廣電動(dòng)車可以減少溫室氣體的排放量，有效緩解大氣污染。發(fā)展電動(dòng)車是大勢(shì)所趨。 總之，發(fā)展電動(dòng)車是利國(guó)利民的好事，有利于節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)、提高就業(yè)率，所以發(fā)展電動(dòng)車是一個(gè)具有十分重大的意義工程，也是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的偉大創(chuàng)舉。1.3本論文的主要工作 本論文考慮到電動(dòng)摩托車無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)硬件電路的控制系統(tǒng)，有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)的通電原理不一樣，他們的內(nèi)部構(gòu)造也不相同。無(wú)刷直流電機(jī)分為帶霍爾傳感器和無(wú)霍爾傳感器，目前很多關(guān)于無(wú)刷直流電機(jī)控

8、制器的研究的文章，為無(wú)刷直流電機(jī)的控制奠定了理論基礎(chǔ)，如帶霍爾傳感器的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理、電流采樣原理等。 本論文中STM32 芯片不僅性能高同時(shí)它的成本與功耗比較低，STM32 能夠完成復(fù)雜的PWM輸出，由于它內(nèi)部具有高級(jí)的定時(shí)器，例如死區(qū)時(shí)間設(shè)定、剎車功能、等都可以通過(guò)軟件設(shè)定，它不需要在搭建復(fù)雜的外圍電路。考察目前無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器的生產(chǎn)方案，設(shè)計(jì)出低成本性能優(yōu)良的電動(dòng)摩托車無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器，滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)符合基本要求。對(duì)一個(gè)無(wú)刷直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的分析，探究把虛擬仿真設(shè)計(jì)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中設(shè)計(jì)，縮短開(kāi)發(fā)周期和降低開(kāi)發(fā)成本，對(duì)加速電動(dòng)車的推廣普具有重要的意義。 在本論文中

9、主要做以下內(nèi)容，熟悉無(wú)刷直流電機(jī)控制器的工作原理。比較現(xiàn)在無(wú)刷直流電機(jī)控制器的方案的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最佳方案。設(shè)計(jì)適合自己需要的控制電路。把控制電路通過(guò)軟件仿真進(jìn)行驗(yàn)證設(shè)計(jì)。尋找適合于的開(kāi)關(guān)電源并設(shè)計(jì)電源給芯片系統(tǒng)供電。2無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1. 直流無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu) 我們先了解一下直流有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)越性。有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子分別由繞組線圈(電樞)和永磁體構(gòu)成，采用機(jī)械換向器和電刷，這樣驅(qū)動(dòng)會(huì)變得很簡(jiǎn)單。如圖2.1所示。若在電刷 A、B兩端通入一定大小的直流電流，電機(jī)的換向器就會(huì)自動(dòng)改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向，這樣就可以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)下去。圖2.1 有刷直

10、流電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 但是這樣的結(jié)構(gòu)存在一定的缺陷： (1)電刷在換向時(shí)極易產(chǎn)生電火花，在很多場(chǎng)所不適合使用。 (2)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)電刷會(huì)磨損嚴(yán)重，需要經(jīng)常更換，這樣就提高了維護(hù)的成本。 無(wú)刷直流電機(jī)的示意圖如圖2.2所示，它主要由轉(zhuǎn)子(永磁體)、線圈繞組的定子和位置傳感器組成。無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和有刷直流電機(jī)正好相反，有刷電機(jī)的定子是永磁體，轉(zhuǎn)子是繞組線圈，這種結(jié)構(gòu)使得無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)需電刷和換向器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)換向火花，運(yùn)行可靠，易于維護(hù)。使得無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合越來(lái)越廣泛，無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有換向器和電刷，但是它有位置傳感器。這是因?yàn)闊o(wú)刷直流電機(jī)不能自動(dòng)換向，所以無(wú)刷直流電機(jī)控制器的成本提高了。

11、 圖2.2 無(wú)刷直流電機(jī)示意圖圖2.2所示無(wú)刷直流電機(jī)為三相星型無(wú)刷直流電機(jī)，電動(dòng)自行車上的無(wú)刷直流電機(jī)多采用這種電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1電動(dòng)車啟動(dòng)時(shí)，無(wú)刷直流電機(jī)可以提供較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，達(dá)到一定速度需要時(shí)間較短； (2)由于無(wú)刷直流電機(jī)的過(guò)載能力強(qiáng)，所以電動(dòng)車所承受的載荷大、爬坡有力； (3)無(wú)刷電機(jī)的電制動(dòng)性好，無(wú)刷電機(jī)的制動(dòng)可以發(fā)電，因此可以提供更多的電力使電動(dòng)車行走的更遠(yuǎn)；(4)無(wú)刷直流電機(jī)可靠性相對(duì)較高，無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制比較簡(jiǎn)單，所以無(wú)刷直流電機(jī)控制器的開(kāi)發(fā)周期較短。 目前用的較多的是霍爾位置傳感器。由于它的體積、信噪比較合適且不易受環(huán)境的影響，霍爾傳感器是以霍爾

12、效應(yīng)原理為基礎(chǔ)工作的一種磁傳感器。可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。它集成了穩(wěn)壓電路，輸出電壓正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度。 2.2 直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理和控制方法 由于無(wú)刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，只有實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，在根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同享通以對(duì)應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)才可以跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 無(wú)刷直流電機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理可以形象的理解為：定子的磁場(chǎng)方向和轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向不一致，而由于磁場(chǎng)的相互作用，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到定子的磁場(chǎng)方向上，使兩個(gè)磁場(chǎng)方向保持一致。這時(shí)

13、，我們只要使定子的磁場(chǎng)方向以電機(jī)中心軸為軸心不斷地往一個(gè)方向改變，轉(zhuǎn)子就會(huì)跟著定子的磁場(chǎng)方向持續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 在直流無(wú)刷電機(jī)中，通過(guò)位置傳感器輸出位置信號(hào)，電子換相電路根據(jù)輸出的位置信號(hào)驅(qū)動(dòng)電樞線圈繞組對(duì)應(yīng)的功率開(kāi)關(guān)管，各相繞組輪流通電，在電機(jī)定子上產(chǎn)生跳變的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)用以驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)位置傳感器輸出具有周期性變化的位置信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路以位置信號(hào)為基準(zhǔn)改變電樞繞組的通電狀態(tài)，從而某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向始終保持不變，這就是為什么叫做無(wú)刷直流電機(jī)，圖2.4為直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理框圖。 圖2.3 直流電機(jī)工作原理框圖無(wú)刷直流電機(jī)常用的是三相繞組，而電動(dòng)自行車所用電機(jī)也是三相繞組，

14、本文所有相關(guān)的論述都是圍繞三相繞組分析的。無(wú)刷直流電機(jī)繞組的連接方式有兩種：星型鏈接和三角形鏈接。電動(dòng)自行車電機(jī)采用的是星型鏈接。 控制波脈沖的寬度，波信號(hào)占空比也會(huì)隨著變化而變化，且兩者同向變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小隨著繞組線圈的電流增大而增大。所以，增大波占空比就可以增大三相逆變器控制電機(jī)電樞上壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也就會(huì)增大。通過(guò)軟件編程改變波脈沖寬度，就可以改變無(wú)刷直流電機(jī)電樞上的電壓，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。2.3 單片機(jī)選型方案一：選用STC89C52單片機(jī)，STC公司生產(chǎn)的一種高性能、低功耗的8位微控制器。1） 增強(qiáng)型8051單片機(jī)；2） 能夠提供8K字節(jié)的程序存儲(chǔ)空間；3） 512字節(jié)數(shù)據(jù)存

15、儲(chǔ)空間；4） 內(nèi)帶4K字節(jié)EEPROM存儲(chǔ)空間；5） 可直接使用串口下載；6） 32個(gè)I/O口；7） MAX810復(fù)位電路；8） 3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；9） 4個(gè)外部中斷；10） 一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)；11） 最高運(yùn)作頻率35MHz。圖2.4 STC89C52原理圖方案二：選用飛思卡爾公司的K60微控制器，F(xiàn)reescale公司的32位Kinetis K60系列MCU。1） 工作電壓為1.71-3.6V；2） 閃存的寫(xiě)電壓為1.71-3.6V；3） 采用了ARM Cortex-M4內(nèi)核；4） 可提供高達(dá) 180 MHz 的時(shí)鐘頻率；5） 用于工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的精確的、實(shí)時(shí)的時(shí)間控制；6）

16、 硬件加密支持多個(gè)算法，以最小的 CPU 負(fù)載提供快速、安全的數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)；7） 系統(tǒng)安全模塊包括安全密鑰存儲(chǔ)和硬件篡改檢測(cè)，提供用于頻率、電壓、外部傳感（用于物理攻擊檢測(cè)）和溫度的傳感器。方案三：選用TI公司的16位MSP430F5529微控制器。1） 超低功率，230A/MHz，1.9A待機(jī)模式；2） 從待機(jī)模式喚醒僅需 5 s；3） 統(tǒng)一時(shí)鐘系統(tǒng)UCS；4） 真正32位RTC帶鬧鐘；5） 256KB的Flash存儲(chǔ)空間；6） 16KB的RAM存儲(chǔ)空間；7） 25MHz主頻。方案四：ST公司的32位STM32F103ZET6微控制器。1）時(shí)鐘頻率：最高72M，1.25 DMIPS/MHz

17、；2）工作電壓：2-3.6V；3）存儲(chǔ)資源：最高512kB Flash，64kB RAM，（本系統(tǒng)使用芯片為512kB Flash，64kB RAM）；4）接口資源：最多3xSPI，5xUSART，2xI2S，2xI2C，1xFSMC，1xLCD，1xSDIO，1xUSB，1xCAN；5）串口USART3支持IrDA功能；6）模數(shù)轉(zhuǎn)換：多達(dá)3xAD（12位，1us，分時(shí)16通道），2xDA（10位）；7）調(diào)試下載：支持JTAG/SWD接口的調(diào)試下載，支持IAP；8）IO數(shù)量：本系統(tǒng)采用LQFP144封裝，有120個(gè)IO口。圖2.5 STM32F103ZET6原理圖圖2.6 STM32F103Z

18、ET6實(shí)物圖綜上所述，經(jīng)過(guò)分析本設(shè)計(jì)選用方案四STM32F103ZET6單片機(jī)，完全可以滿足無(wú)刷直流電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，且性價(jià)比教高。2.4 無(wú)刷直流電機(jī)選型方案一：選用nidec的24H677H010無(wú)刷直流電機(jī)。Nidec為日本品牌尼德科公司，著名無(wú)刷直流電機(jī)廠家。該電機(jī)供電電壓為12V，能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)、急停、PWM調(diào)速的功能。24H677H010無(wú)刷直流電機(jī)的引線圖如圖2.6所示。圖2.7 24H677H010無(wú)刷直流電機(jī)引線圖當(dāng)剎車引線為低電平時(shí)進(jìn)行剎車，高電平時(shí)釋放。外接PWM信號(hào)調(diào)速，最低頻率330HZ，推薦頻率為2030KHZ。正反轉(zhuǎn)控制為高電平時(shí)正轉(zhuǎn)，低電平時(shí)反轉(zhuǎn)。在空載時(shí)轉(zhuǎn)速最

19、高達(dá)到4800r/min，空載電流為180mA。電機(jī)高度為34mm，直徑為42mm，軸長(zhǎng)17mm，軸徑4mm。價(jià)格在15元左右。該電機(jī)的內(nèi)部電路實(shí)物圖如2.7所示。圖2.8 24H677H010無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)部電路實(shí)物圖 方案二：WONSAMRT公司的WS3240-12型號(hào)的無(wú)刷直流電機(jī)。供電電壓為12V，電機(jī)重量90g，空載轉(zhuǎn)速為3000-22000rpm，空載電流0.05-0.41A。負(fù)載轉(zhuǎn)速為2200-15500rpm，負(fù)載電流0.27-2.12A，負(fù)載功率3-26W。電機(jī)實(shí)物圖如圖2.8所示。圖2.9 WS3240-12電機(jī)實(shí)物圖 接線端子有8根線，其中三相12V電源線3根，霍爾測(cè)速電

20、路中電源和地線各一根，另外還有三根霍爾信號(hào)線輸出。此電機(jī)自帶霍爾傳感器，使用方便，價(jià)格較低。最終本設(shè)計(jì)采用此電機(jī)。 方案三：JK57BLS005型號(hào)的無(wú)刷直流電機(jī)。該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為4000rpm，額定電流為0.64A。該電機(jī)體積小，重量輕，出力大，無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍大，能夠軟啟動(dòng)，制動(dòng)特性好。該電機(jī)的實(shí)物圖如圖2.9所示。圖2.10 JK57BLS005無(wú)刷直流電機(jī)3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)3.1硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以STM32F103單片機(jī)為主控芯片，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制，由電池模塊對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)進(jìn)行供電，保證系統(tǒng)能夠正常工作。然后由調(diào)速轉(zhuǎn)把能夠能夠得到電機(jī)理想達(dá)到的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)STM32主

21、控制器處理后輸出相應(yīng)的PWM波控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然而這還并不能夠使電機(jī)達(dá)到理想中想要的轉(zhuǎn)速，需要經(jīng)過(guò)霍爾測(cè)速后經(jīng)過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)進(jìn)一步調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，以達(dá)到理想達(dá)到的轉(zhuǎn)速。當(dāng)按下剎車系統(tǒng)時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。其中，系統(tǒng)的硬件總體框圖如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)硬件總體框圖3.2電源電路設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)需要12V的直流電源。但是STM32 等芯片需要+3.3V的電壓,同時(shí)電路板總電流必須小于 1A，所以我們需要進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)。保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是穩(wěn)定的電源供給。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源小型輕量且效率比較高。這種優(yōu)點(diǎn)剛好適應(yīng)電子設(shè)備的輕、短、小與節(jié)能等的要求，所以他應(yīng)用范圍比較廣。圖3.2 12V轉(zhuǎn)換為5V電源電路 如

22、圖3.2所示，從12V電源轉(zhuǎn)換為5V電源使用的為L(zhǎng)M2596開(kāi)關(guān)電源電路，能夠有效地減少電源中紋波的產(chǎn)生。本系統(tǒng)中5V轉(zhuǎn)3.3V使用的為三端集成穩(wěn)壓器 LM1117-3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路，具體電路圖如下圖3.3所示。 圖3.3 5V轉(zhuǎn)3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換芯片 LM1117MPX-3.3V 的作用是將輸入的 5V 直流電壓轉(zhuǎn)化為 3.3V 模擬電壓。是一般解決電壓轉(zhuǎn)換我們首選LM1117 系列電壓轉(zhuǎn)換芯片方案，因?yàn)樗渚哂械蛪航惦妷赫{(diào)節(jié)，多型號(hào)多種電壓輸出可供選擇，由上圖可知，前端采用旁路去耦電容濾波器在 5V 輸入前，并聯(lián)一個(gè)電解電容 C17和電容 C13C14這樣可以保證電壓的輸入穩(wěn)

23、定。解電容在電源濾波電路中的作用是起退耦隔直流濾高頻信號(hào)燈，在直流電路中做為濾波電容，它能起到很好的濾高頻作用。而 C13C14 主要是用于低頻濾波，這樣使得電路電壓頻率相集中，很好的降低了電壓頻率的干擾，能夠給STM32單片機(jī)和其它一些電路供電。3.3無(wú)刷直流電機(jī)霍爾位置傳感器接口電路設(shè)計(jì)我們選用的電機(jī)的中自帶的霍爾傳位置感器是由5V的電源驅(qū)動(dòng)，由于偶然因素電源正負(fù)極的我們可能會(huì)插錯(cuò)，所以我們加了一只二極管，霍爾位置傳感器是開(kāi)漏輸出的，所以必須接上拉電阻，一上拉電阻中的電流一般我們?nèi)?mA到2mA ，這樣就能保證頻率響應(yīng)，這樣單片機(jī)供電電壓為 3.3V ，霍爾位置傳感器添加低通RC 濾波器處

24、理，因?yàn)闊o(wú)刷電機(jī)中的強(qiáng)磁場(chǎng)以及無(wú)刷電機(jī)控制器PWM載波頻率的回產(chǎn)生干擾。本文電機(jī)采用的三個(gè)霍爾元件依次相差120。定子側(cè)安裝在電角度,根據(jù)各個(gè)開(kāi)關(guān)管的觸發(fā)信號(hào)控制其通斷?；魻栃盘?hào)的采集接口電路如圖3.4所示。 圖3.4 無(wú)刷直流電機(jī)霍爾位置傳感器接口電路 3.4 剎車電路設(shè)計(jì)在電動(dòng)車中，剎車系統(tǒng)是必不可少的，而且靈敏度也決定了電車的安全性能。電動(dòng)摩托車剎車時(shí)除了機(jī)械剎車同時(shí)給出了12V的剎車信號(hào)，在機(jī)械剎車的同時(shí)控制器輸出應(yīng)該關(guān)閉，否則可能會(huì)損壞電機(jī)，我們要設(shè)計(jì)一個(gè)電路把剎車信號(hào)控制控制器關(guān)閉輸出，只要把PWM信號(hào)輸出控制鎖定或者速度給定電壓給拉低，使得速度給定功率輸出為0或者PWM 輸出信號(hào)

25、失效。當(dāng)剎車時(shí)同時(shí)把速度輸入的模擬信號(hào)拉低使得速度檢測(cè)輸入為0，當(dāng)剎車時(shí)剎車信號(hào)輸入電壓為12V在穩(wěn)壓二極管D11(1N4734 為5.6V穩(wěn)壓二極管)上的壓降約5.6V，通過(guò)電阻分壓后節(jié)點(diǎn)BREK的電壓為 3.2V，QB1、QB2 導(dǎo)通使得 COMP 和VCON 拉低。COMP 拉低使得 PWM 輸出信號(hào)失效使得 MOSFET 關(guān)閉控制器無(wú)功率輸出，VCON的工作是輸入信號(hào)電壓約為0.7V2.1V所以拉低時(shí)約為0.7V所以速度輸入也為0，他們都能達(dá)到制動(dòng)的目的。剎車電路如圖3.5如示圖3.5 剎車和速度調(diào)節(jié)電路3.5過(guò)流保護(hù)電路 我們?cè)偕钪须妱?dòng)車會(huì)經(jīng)常超負(fù)載運(yùn)行，比如爬行在坡度較大的路段時(shí)

26、這樣可能會(huì)發(fā)生過(guò)電流流現(xiàn)象,長(zhǎng)此以往這種狀態(tài)會(huì)危害電動(dòng)機(jī)的使用壽命甚至損壞電動(dòng)機(jī),因?yàn)楫?dāng)電機(jī)的電流過(guò)高時(shí)，有燒壞電機(jī)的可能，在電動(dòng)車運(yùn)行時(shí)會(huì)很危險(xiǎn)，因此需要設(shè)計(jì)電路來(lái)進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。過(guò)流保護(hù)電路如圖3.6所示。圖3.6 過(guò)流保護(hù)電路原理圖當(dāng)電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)和電動(dòng)機(jī)低速旋轉(zhuǎn)都會(huì)出現(xiàn)主電路電流電機(jī)“過(guò)流”，但它們?cè)蛴兴煌?。因此在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候引入一個(gè)“硬件過(guò)流保護(hù)模塊”,當(dāng)超過(guò)主電路的電流時(shí),產(chǎn)生過(guò)流保護(hù)信號(hào),關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)管。通過(guò)改變直流側(cè)電壓的大小來(lái)調(diào)節(jié)速度,當(dāng)直流電機(jī)帶載低速轉(zhuǎn)動(dòng)或則電機(jī)空載高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其電流會(huì)超過(guò)額定電流倍甚至更高，這樣電路中設(shè)計(jì)過(guò)流保護(hù)，就可以防止因電流過(guò)大而燒壞電機(jī)以及

27、驅(qū)動(dòng)電路。當(dāng)電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)電流過(guò)大的現(xiàn)象，如果電機(jī)長(zhǎng)期處于這種狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)對(duì)電機(jī)造成較大的損壞，導(dǎo)致電機(jī)的壽命縮短，所以，設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要對(duì)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象，就通過(guò)軟件編程，降低波占空比，從而減小電流。圖3.6所示的LM358是常用的雙運(yùn)放放大電路，LM358內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業(yè)控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。3.6三相全橋驅(qū)動(dòng)電路 電

28、機(jī)的速度是由PWM波控制的，而PWM波是由微控制器產(chǎn)生的。如圖3.7所示，在芯片內(nèi)部波信號(hào)是電流調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的電壓信號(hào)同載波信號(hào)作比較產(chǎn)生，用于控制三相逆變電路中各個(gè)管的通斷。控制波脈沖寬度，波信號(hào)占空比隨著變化而變化，且兩者同向變化，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著繞組線圈的電流增大而增大。因此，增大PWM波占空比，就可以增大三相逆變器控制電機(jī)電樞上壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)增大。微控制器通過(guò)軟件編程改變波脈沖寬度，即可改變無(wú)刷直流電機(jī)電樞上的平均電壓，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。電機(jī)沒(méi)一時(shí)刻只有兩相通電，并且用PWM調(diào)制，使之可以控制電機(jī)的相電壓，三相橋上半橋PWM調(diào)制，而下半橋不調(diào)制，全時(shí)間導(dǎo)通。這樣，當(dāng)三相橋在PWM無(wú)

29、效時(shí)，可以為電機(jī)繞組續(xù)六提供條件。三相全橋的優(yōu)勢(shì)在于能能控制相電流大小和方向。 其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)是由6個(gè)MOS管組成，實(shí)現(xiàn)三相六步控制無(wú)刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，其中這6個(gè)MOS管分別有STM32F103單片機(jī)產(chǎn)生的6路PWM信號(hào)控制。其中三相全橋驅(qū)動(dòng)電路如圖3.7所示。圖3.7 三相全橋驅(qū)動(dòng)電路3.7 過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路當(dāng)電路出現(xiàn)短路或其他故障，電源電壓可能很短時(shí)間的內(nèi)出現(xiàn)大幅度下降，這樣會(huì)給電機(jī)以及驅(qū)動(dòng)板造成損害。為避免這種情況出現(xiàn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了過(guò)壓、欠壓欠壓保護(hù)電路。其中欠壓、過(guò)壓電路如圖3.9所示。圖3.9 過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路 過(guò)壓保護(hù)電壓我們可以設(shè)定為15v.欠壓保護(hù)設(shè)定為9v，分析

30、后得知我們采用分壓方式，這樣可以間接獲得電樞上的實(shí)際電壓，把采樣電壓送到放大器LM258，最后送到單片機(jī)進(jìn)行電壓采樣。這樣當(dāng)電機(jī)電樞電壓低于9V時(shí)，電機(jī)就會(huì)停止工作。電機(jī)電樞電壓高于時(shí)15V，電機(jī)會(huì)自啟動(dòng)，電機(jī)又始工作。當(dāng)電源電壓過(guò)高時(shí)，一旦電壓超過(guò)，此時(shí)采樣信號(hào)會(huì)送到芯片，控制器會(huì)停止輸出波，從而起到保護(hù)電機(jī)和控制板作用。當(dāng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),可以通過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)反饋給 STM32 ，這樣可以得到電流反饋和完成電路保護(hù)。STM32 還監(jiān)控調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)短路過(guò)壓，過(guò)流等故障時(shí)及時(shí)封鎖PWM 信號(hào)，使電機(jī)停止工作，并產(chǎn)生報(bào)警。 硬件電路是控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和前提,所有的控制程序都是編寫(xiě)在硬

31、件電路的基礎(chǔ)上。位置信號(hào)檢測(cè)電路能保證電機(jī)正確換相,電流檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提，同時(shí)它也是確保硬件過(guò)電流保護(hù)起作用的條件,在電流檢測(cè)電路中,我們要合理選擇了放大器的反饋電阻值,當(dāng)過(guò)電流現(xiàn)象發(fā)生時(shí),電流采樣值在左右,經(jīng)過(guò)比較器會(huì)得到一個(gè)低電平信號(hào),這樣就可以成功實(shí)施硬件保護(hù)。 本章根據(jù)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體需求，搭建了為核心的硬件平臺(tái)?；谄脚_(tái)，設(shè)計(jì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主電路、調(diào)速電路、過(guò)壓、欠壓、過(guò)流保護(hù)等電路，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)恒轉(zhuǎn)速控制。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由于控制算法中無(wú)法預(yù)知摩托車載重量、道路情況天氣狀況等需許多因素都會(huì)影響電動(dòng)摩托車的速度。在輸入一定的功率時(shí)會(huì)有不同的速度輸出，根據(jù)P=FV可知，當(dāng)

32、載重量很大時(shí)摩擦力也會(huì)很大，由于功率一定，那么速度就小，同樣當(dāng)載重量小時(shí)摩擦力小則速度就大。通過(guò)上面的說(shuō)明我們可知不適合選擇對(duì)速度加以嚴(yán)格的控制，所以我們采用查表的方式在某一個(gè)調(diào)速轉(zhuǎn)把電壓輸入域內(nèi)對(duì)應(yīng)一個(gè)占空比固定的PWM輸出達(dá)到控制的目的。 控制系統(tǒng)工作的過(guò)程可以簡(jiǎn)單描述為，通過(guò)上位機(jī)軟件發(fā)送命令給微處理器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速。微處理器根據(jù)命令來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)，控制驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)關(guān)再控制電機(jī)的運(yùn)行，位置檢測(cè)電路可以提供無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置信息，我們可以根據(jù)轉(zhuǎn)子信息來(lái)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，同時(shí)可以根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息，我們就知道換相時(shí)刻，這樣可以控制對(duì)應(yīng)相開(kāi)關(guān)通斷，信號(hào)采集電路提

33、供電機(jī)運(yùn)行時(shí)電流、電壓信息。 無(wú)刷直流電機(jī)控制器通過(guò)調(diào)速轉(zhuǎn)把得到調(diào)速信息，剎車時(shí)給控制器一個(gè)12V的控制電壓，電動(dòng)摩托車無(wú)刷直流電機(jī)控制器內(nèi)部功能模塊圖4.1如下：圖4.1 無(wú)刷直流電機(jī)控制器功能模塊4.1 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)總體框架與思路如圖4.2所示。啟動(dòng)只要主動(dòng)讀出一次電機(jī)的當(dāng)前的霍爾傳感器的狀態(tài)，再根據(jù)狀態(tài)輸出對(duì)應(yīng)的PWM即可，只要輸出的PWM足夠大，電機(jī)就開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，到第一次觸發(fā)了霍爾傳感器的跳變就進(jìn)入轉(zhuǎn)向中斷進(jìn)行連續(xù)的換向電機(jī)就可以開(kāi)始平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于不知道電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)所帶的負(fù)載有多大，所以這里采用了PWM逐漸增大的方案，在第一次觸發(fā)傳感器中斷之前，說(shuō)明這時(shí)的PWM的占空比剛剛

34、好足夠大，可以帶動(dòng)當(dāng)前電機(jī)的負(fù)載。在第一次進(jìn)入霍爾傳感器中斷時(shí)，就可以退出啟動(dòng)過(guò)程了。圖4.2 軟件系統(tǒng)總體框圖 主程序主要進(jìn)行初始化操作，包括軟件模塊初始化和硬件系統(tǒng)初始化，處理用戶命令（包括啟動(dòng)、停止、調(diào)速等），輸出電機(jī)的運(yùn)行信息。中斷函數(shù)主要是提供延時(shí)，按延時(shí)周期采集速度、電流值，進(jìn)行速度調(diào)節(jié)。軟件系統(tǒng)利用定時(shí)器 TIM2的捕獲功能捕獲三相反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)，提供換相時(shí)刻信息。TIM2中斷服務(wù)程序用來(lái)讀取保存兩相反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零點(diǎn)信號(hào)的時(shí)間間隔，我們利用這個(gè)時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子的速度。高級(jí)定時(shí)器TIM1用來(lái)產(chǎn)生六路PWM。軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)想法是分模塊設(shè)計(jì)，把一些功能相對(duì)獨(dú)立的模塊單獨(dú)編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)，包

35、括PWM 換相，轉(zhuǎn)子速度的計(jì)算，電流電壓值的采樣計(jì)算等。不要忽略了STM32F103定時(shí)器的強(qiáng)大功能。4.2直流無(wú)刷電機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)由電機(jī)的PWM示意圖可知，電機(jī)的每一時(shí)刻只有兩相通電，并且用PWM進(jìn)行調(diào)制，使之可以控制電機(jī)的相電壓，在本設(shè)計(jì)中，使用的是三相橋上半橋PWM調(diào)制，而下半橋不調(diào)制，全時(shí)間導(dǎo)通。這樣，當(dāng)三相橋上半橋在PWM無(wú)效時(shí)，可以為電機(jī)繞組續(xù)流提供條件。其中電機(jī)PWM示意圖和霍爾傳感器輸出波形如圖4.3所示。圖4.3 電機(jī)PWM示意圖和霍爾傳感器輸出波形在霍爾傳感器輸出波形圖中可以看到，電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和三個(gè)霍爾傳感器的輸出一一對(duì)應(yīng)，其輸出碼表如表4.1所示。并且當(dāng)電機(jī)的任何一個(gè)

36、霍爾傳感器的電平邊緣發(fā)生變化，表明電機(jī)需要新的相序，使電機(jī)可以轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)位置。表4.1 霍爾傳感器輸出波形當(dāng)前相碼（U-V-W）當(dāng)前相序T10012T20113T30104T41105T51006T61011所以，控制器就可以使用外部中斷對(duì)三個(gè)霍爾傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中一個(gè)霍爾傳感器的電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)，就可以查看這三個(gè)霍爾傳感器的組合，然后查表，得到電機(jī)下一個(gè)的通電相序，得到新的相序后，就馬上輸出新的相序，依次循環(huán)，電機(jī)就可以平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)了，其中控制流程圖如圖4.4所示。圖4.4 電機(jī)控制流程圖在程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中, 首先要上電復(fù)位, 然后初始化時(shí)鐘和中斷源, 再打開(kāi)中斷, 當(dāng)檢測(cè)到轉(zhuǎn)把的輸人電

37、壓時(shí), 將該電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后按算法計(jì)算出PWM的占空比輸出PWM波。隨后采樣位置傳感器產(chǎn)生霍爾信號(hào), 將該信號(hào)的狀態(tài)與電機(jī)固定的相位序列進(jìn)行比較, 判斷電機(jī)的相位是否正確。若正確, 輸出波PWM, 否則, 重新復(fù)位。欠壓檢測(cè)是根據(jù)需要設(shè)定欠壓值, 然后采樣當(dāng)前電源電壓, 若電壓低于設(shè)定值,則關(guān)閉輸出, 相反, 則進(jìn)行限流保護(hù)檢測(cè)。限流保護(hù)檢測(cè)是把電壓傳感器康銅絲上的電壓經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定的電流限定值進(jìn)行比較, 若高于最高限定值, 則關(guān)閉輸出, 反之, 則正常運(yùn)行。在運(yùn)行的過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻檢測(cè)是否有剎車信號(hào)輸人, 若有剎車信號(hào)輸人, 則關(guān)閉輸出。4.3系統(tǒng)各部分功能在軟件中的實(shí)現(xiàn)4.4.1

38、驅(qū)動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)控制通過(guò)查表實(shí)現(xiàn)霍爾元件狀態(tài)到輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。直流無(wú)刷電機(jī)的3個(gè)霍爾元件組合起來(lái)有8種狀態(tài), 其中6種是有效的, 對(duì)應(yīng)1個(gè)輸出的狀態(tài)。這6個(gè)狀態(tài)對(duì)應(yīng)沒(méi)有明顯的簡(jiǎn)單數(shù)量關(guān)系, 所以要實(shí)現(xiàn)映射, 查表是最快捷的方式。若電機(jī)需要反轉(zhuǎn), 只需增加一個(gè)反轉(zhuǎn)狀態(tài)表即可。正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)只在于電流換相順序的不同, 反映到程序中僅在查表處有區(qū)別, 所以正反轉(zhuǎn)可共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。4.4.2 啟動(dòng)理論上講, 轉(zhuǎn)子位置過(guò)磁場(chǎng)換相臨界點(diǎn)時(shí), 電流換相的速度越快越好。根據(jù)這一想法, 可以將霍爾信號(hào)的改變?cè)O(shè)置為中斷, 從而轉(zhuǎn)子的換相可以得到立即響應(yīng)。但是在電動(dòng)自行車控制場(chǎng)合,這樣的想法是沒(méi)有必要的。電動(dòng)自行車直流無(wú)

39、刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)來(lái)說(shuō)很低。設(shè)電動(dòng)自行車運(yùn)行在最高速20km/s(這是國(guó)家法律規(guī)定的速度限制), 而其使用的小徑輪胎0.6m, 則霍爾信號(hào)改變的時(shí)間為0.244s。這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單片機(jī)主程序循環(huán)一周需要的時(shí)間(約0.001s), 所以將霍爾元件信號(hào)狀態(tài)的檢測(cè)工作放在主程序中即可。這樣做的好處是可以減小中斷程序的執(zhí)行時(shí)間, 程序運(yùn)行更加流暢。4.4.3 PWM中斷時(shí)間控制中斷時(shí)間的控制與定時(shí)器時(shí)間控制相似。定時(shí)器在每個(gè)時(shí)間周期增加1。它在計(jì)數(shù)滿后復(fù)位到00h重新開(kāi)始, 同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)。若想控制定時(shí)器定時(shí)時(shí)間, 可以在其中斷程序里面將定時(shí)器置數(shù), 定時(shí)器便從這個(gè)數(shù)開(kāi)始計(jì)數(shù)直到溢出。這樣定時(shí)時(shí)

40、間可以由這個(gè)寫(xiě)入定時(shí)器寄存器的數(shù)值控制。須注意對(duì)有的定時(shí)器計(jì)數(shù)值寄存器寫(xiě)的時(shí)候, 會(huì)把預(yù)分頻值清除, 因此必須在寫(xiě)計(jì)數(shù)值的同時(shí)重新寫(xiě)預(yù)分頻值控制字。PWM中斷的發(fā)生與定時(shí)器不同的是:它的發(fā)生不是由于定時(shí)器溢出, 而是由于定時(shí)器TIMER2與PWM周期寄存器PR2值相等。因此, 要在中斷程序中控制下次PWM中斷的時(shí)間有兩個(gè)方法:一是改變PR2值, 一是對(duì)TIMER2置數(shù), 改變其初始值。值得注意的是:改變TIMER2會(huì)連帶將其預(yù)分頻值改變?yōu)槟J(rèn)值, 因此需要同時(shí)修改預(yù)分頻值才能達(dá)到預(yù)想的效果。4.4.4 剎車控制剎車控制在主程序里面, 主程序時(shí)刻檢測(cè)剎車信號(hào), 當(dāng)有剎車信號(hào), 關(guān)斷波的輸出若沒(méi)有

41、剎車信號(hào), 根據(jù)轉(zhuǎn)把輸入的電壓, 控制波的輸出。4.4.5 PWM脈寬時(shí)間算法PWM周期和占空比計(jì)算公式為:PWM周期=(PR2)+l*4*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值)，TOSC為晶振周期；PWM占空比=(CCPRIL:CCPICON)*TOSC*(TMR2預(yù)分頻值)。4.4 STM32檢測(cè)霍爾信號(hào)和輸出PWM軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件按順序掃描控制的模式編制。軟件定時(shí)器根據(jù)調(diào)速要求產(chǎn)生直流斬波電壓，采用中斷方式運(yùn)行，改變斬波電壓只需在對(duì)應(yīng)單元寫(xiě)入控制值。三相位置輸入信號(hào)經(jīng)簡(jiǎn)單查表運(yùn)算產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出邏輯。剎車信號(hào)、過(guò)流信號(hào)和欠壓信號(hào)順次讀入，并進(jìn)行相應(yīng)處理。4.5.1 STM32的TIM3產(chǎn)生6路PW

42、M信號(hào)控制無(wú)刷直流電機(jī)程序其實(shí)通過(guò)由微控制器輸出6路PWM波，經(jīng)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器然后有電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的速度是通過(guò)改變PWM波的占空比來(lái)改變的。下面為其中一路PWM的城項(xiàng)目void motor(u16 duty) /電機(jī)控制程序for(x=0;x5;x+)TIM_SetCompare1(TIM3,duty); /通過(guò)設(shè)置duty值設(shè)置占空比TIM_SetCompare2(TIM3,900);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_Disable ,ENABLE);/使能配置 GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7)

43、; /引腳置位PWM控制電機(jī)速度的軟件流程圖如圖4.5所示。圖4.5 PWM控制電機(jī)速度軟件流程圖4,5.2 STM32的TIM4輸入捕獲霍爾信號(hào)速度采集程序是主要是輸入捕獲的程序，通過(guò)輸入捕獲測(cè)量輸入的脈沖數(shù)，可以得到一定時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，再進(jìn)一步可以轉(zhuǎn)化為電機(jī)的轉(zhuǎn)速。s32TIM4CH3_CAPTURE_VAL;/輸入捕獲計(jì)數(shù)值void TIM4_IRQHandler(void) /輸入捕獲中斷函數(shù) if(TIM_GetITStatus(TIM4,TIM_IT_CC3)!=RESET) /判斷輸入捕獲引腳是否有置位發(fā)生TIM4CH3_CAPTURE_VAL+; /沒(méi)有的話，計(jì)數(shù)值加1if(T

44、IM4CH3_CAPTURE_VAL=0xffff) TIM_Cmd(TIM4,DISABLE );TIM_ClearITPendingBit(TIM4, TIM_IT_CC3); /清除引腳輸入捕獲功能電機(jī)速度采集軟件流程圖如圖4.6所示。圖4.6 電機(jī)速度采集軟件流程5.總結(jié)和展望 目前隨著電機(jī)技術(shù)和相關(guān)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，無(wú)刷直流電機(jī)在工業(yè)控制等諸許多領(lǐng)域得到得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器來(lái)取得換相信息。由于各種先進(jìn)控制理論、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）的發(fā)展，電機(jī)控制方法的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)新的階段。因此，本論文的研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景

45、。本論文以無(wú)刷直流電機(jī)為主要研究對(duì)象，對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較深入的研究，學(xué)習(xí)了電機(jī)學(xué)的基本知識(shí)，了解了普通電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理以及控制方式。在此基礎(chǔ)上深入的研究無(wú)刷直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。 通過(guò)閱讀一些關(guān)于無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的文獻(xiàn)，分析目前直流無(wú)刷電機(jī)的現(xiàn)狀、成果、以及未來(lái)發(fā)展的方向等。 本文設(shè)計(jì)的無(wú)刷直流電機(jī)控制取得了一些比較有意義的研究成果，但是鑒于時(shí)間和作者水平的限制，本文設(shè)計(jì)的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)有進(jìn)一步改善的余地，。我通過(guò)仿真加深了對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)控制器原理的認(rèn)識(shí)，通過(guò)仿真的分析結(jié)果來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐，通過(guò)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制各種成本如：研發(fā)、生產(chǎn)、采購(gòu)成本等。解決了一些生產(chǎn)實(shí)踐中的問(wèn)題，通過(guò) RCC 式開(kāi)關(guān)電源低成本解決了系統(tǒng)控制電源問(wèn)題，并分析了電路。采用了現(xiàn)代化的電子開(kāi)發(fā)的模式，采用模擬替代仿真的開(kāi)發(fā)模式，通過(guò)仿真實(shí)現(xiàn)、掌握基本原理加深理解并指導(dǎo)實(shí)踐。在本文開(kāi)發(fā)過(guò)程中仿真電路中采用電阻替代電機(jī)，采用小功率電源替代鋰電池，這樣可以防止因?yàn)殡姵囟搪匪斐傻奈ｋU(xiǎn)，控制小功率電機(jī)替代控制大功率電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制理論的驗(yàn)證，這些方法在調(diào)試中減少了MOSFET的消耗。 由于電動(dòng)摩托車的大批量生產(chǎn)，人們會(huì)越來(lái)越重視動(dòng)力電池充電器對(duì)電池壽命的影響，一個(gè)