O 引言
電動車的控制技術(shù)主要是指電機(jī)的控制技術(shù)。
近些年來．隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，電動機(jī)的控制技術(shù)變得更加靈活，效率也更高了。已由過去簡單起停控制，提供動力為目的應(yīng)用，上升到對其速度、位置和轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行精確的控制，以及這些被控量的綜合控制，使被控量的機(jī)械運(yùn)動更符合預(yù)想要求。基于對現(xiàn)有電動自行車控制系統(tǒng)的綜合分析，設(shè)計出了一種以cY8c24423A系列單片機(jī)為微處理器的高性能新型電動車控制系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)工作原理CY8C24423A通過I／O口讀取電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器上的脈沖信號，判斷轉(zhuǎn)子位置，輸出合適的驅(qū)動邏輯電平給MOSFET驅(qū)動器IR211O．再由M()sFET功率驅(qū)動電路驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)：
cY8c24423A芯片的I／()端口根據(jù)讀取的位置傳感器脈沖信號．計算出電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速，與電機(jī)的設(shè)定轉(zhuǎn)速比較后，利用PID算法產(chǎn)生合適占空比的PwM控制信號，使得電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨轉(zhuǎn)速的設(shè)定值；cY8c24423A經(jīng)A／D口采集電機(jī)的相電流信號，完成電機(jī)的電流閉環(huán)控制和電機(jī)的過流保護(hù)等；cY8c24423A經(jīng)sPI口將計算得到的轉(zhuǎn)速量，通過74Ls164芯片顯示在數(shù)碼管上。
1．1 總體設(shè)計基于CY8c24423A電動車電機(jī)控制系統(tǒng)的原理如圖l所示，cY8c24423A負(fù)責(zé)處理采集到的數(shù)據(jù)和發(fā)送控制命令。
1．2單片機(jī)芯片設(shè)計cY8c24423A單片機(jī)是美國賽普拉斯(cyress)半導(dǎo)體公司推出的新一代功能強(qiáng)大的8位可配置的嵌入式單片機(jī)。該系列單片機(jī)與傳統(tǒng)單片機(jī)的根本區(qū)別在于其內(nèi)部集成了數(shù)字模塊和模擬模塊，用戶可以根據(jù)不同設(shè)計要求調(diào)用不同的數(shù)字和模擬模塊，完成芯片內(nèi)部的功能設(shè)計。使用該類芯片可以配置成具有多種不同外圍元器件的微控制器．適應(yīng)非常復(fù)雜的實(shí)時控制需求，大大提高產(chǎn)品的開發(fā)效率．降低r系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性和費(fèi)用，同時增強(qiáng)r系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力。
2各功能部分硬件設(shè)計電動車控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。
2．1轉(zhuǎn)子位置檢測電路三相霍爾信號，通過一個上拉電路，當(dāng)某相為高電平時．電路中二極管1N4M8截止，TLP521導(dǎo)通，經(jīng)過74Ls14輸出高電平，經(jīng)過電阻lO kn(TTI。
和CMOs之間的匹配電阻)，TTL門的5 V高電平就被轉(zhuǎn)成CMOS 5 V的高電平，此時P2．7為高電平(5 v)；若霍爾輸出低電平，則lN4148的陽極被置低，TLP52l不導(dǎo)通，那么74Ls]4輸出低電平，此時P2．7為低電平。74Ls14是一個帶施密特的反相器，目的在于消除信寸斜坡部分。通過上述位置信號外同電路，I／()引腳上為標(biāo)準(zhǔn)的0和5 V脈沖信號．這樣I／()口可以正常無誤地I‘作。
2 2功率管驅(qū)動電路CY8C2dd23A產(chǎn)生的PwM信號，經(jīng)過光耦隔離和IR2110模塊，即可驅(qū)動M()SFET管。驅(qū)動逆變橋中l(wèi)組橋臂需要2路PwM信號，輸入端的電源引脯J和參考地引腳，有去耦電容，可防電源干擾。
當(dāng)保護(hù)信號輸入端接高電半時，lR2L1O的輸出信號全被封鎖，其對應(yīng)輸出端恒為低電平；當(dāng)保護(hù)信號輸入端接低電乎時，則IR2¨¨()的輸出跟隨高低引腳而變化，因此在故障發(fā)生時，只需輸入高電平，即可達(dá)到保護(hù)的日的。
IR2110本身不具有邏輯信號與功率信號的隔離功能，岡此需要在輸入的控制信號和IR2110之間加入光耦隔離器件。需要注意的是，由于控制信號開關(guān)頻率較高，要求光耦器件有良好的跟隨性．一般需選用快速光耦，常見的如TLP559。芯片。
2．3電流采樣電路設(shè)計采用了2利一不同的電流采樣方法，采樣電阻羽_電流傳感器。將采樣電阻接在F橋臂和電源陰極之間，電阻上得到的電壓即為某相相電流(非換相工作時)．但是電阻上要消耗一部分電壓，所以要選取阻值小，功率大的電阻。用采樣電阻法時，使用康銅進(jìn)行電流測量，因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)勢：}}{色的精度、良好的線性度、電流過載能力強(qiáng)，由于電阻上要消耗一定的電壓，而康銅的阻值小可減少電阻上的電壓損耗。使用采樣電流法時，電路中的波形發(fā)生器使用+5 V供電．檢測電阻R(系統(tǒng)應(yīng)用中R一般為O．Ol n)，檢測信號就是取自這個檢測電阻R E的壓降U，被檢測的相電流經(jīng)康銅流向接地端。由康銅的阻值可得槍測信號Lb與被洲實(shí)際電流的比例關(guān)系是1／1∞，如果相電流是15／、，則檢測信號為0．15 V，然后再由波形發(fā)牛器進(jìn)行適、。{放大，以備后續(xù)電路處理。電流檢測信號一是用來反饋給單片機(jī)做電流PwM控制；_是用來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)功能。
經(jīng)過電流檢測電路，需要檢測的電流信號按比例縮小為電壓信號，為了防止后續(xù)電路對這個電壓檢測信號的干擾，系統(tǒng)利媚運(yùn)算放大器“虛短”和“虛斷”的原理設(shè)計了電壓跟隨器。電壓跟隨器輸入阻抗無窮大，檢測得到的電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器，不僅電壓值保持不變，且受后續(xù)電路的影響。
采樣得到的電壓值需要經(jīng)過一定的縮放，其值在O～5 V之問，岡此要使用運(yùn)算放大器米實(shí)現(xiàn)。
3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計控制系統(tǒng)軟件設(shè)汁主要分為：主程序(電動機(jī)位置的檢測，轉(zhuǎn)速的汁算，電流與轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，PwM信號的生成)；TO中斷予程序；ADc中斷子程序。
控制系統(tǒng)啟動后，單片機(jī)進(jìn)行初始化變量，TO中斷和ADc中斷相應(yīng)開啟，中斷周期50μs，每隔50μs讀1次電流，進(jìn)行電流環(huán)調(diào)節(jié)。配置完寄存器后，讀啟動時刻的位置值，根據(jù)位置值來調(diào)用換相子程序。一啟動，主程序就進(jìn)去了等待死循環(huán)。
3．1主程序主程序部分主要完成對各中斷人口的設(shè)定，對各功能單元的初始化，設(shè)定特殊的標(biāo)志值及對緊急剎車進(jìn)行中斷處理。主程序流程如圖3所示。
《機(jī)械與電子》20l11(4)3．2軟件設(shè)計工程經(jīng)驗(yàn)在電動車剛剛起步時電流比較火，而電機(jī)是個感性負(fù)載，換向后由于電機(jī)線圈電流不會一下增大到換向前的水平，這樣就造成換向前后電流反差非常人，從而導(dǎo)致牽引力的急劇變化。這種變化便會引起電機(jī)強(qiáng)烈振動，可在換向后的一段時間使PwM脈沖占宅比達(dá)到loo％來使電流增長快一點(diǎn)，從而減輕振動噪聲。需要注意在程序沒計過程中需要隨時監(jiān)測電流變化，電流一達(dá)到換向前的水平就可以恢復(fù)換向前的PwM占空比。如果電流始終達(dá)不到以蒔的水平，那么最多延時10多個PwM周期即司。
4 結(jié)束語
使用這種單片機(jī)組成的電動車控制系統(tǒng)集成度高、成本低、性能克靠，同時編程方便。該控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電動狀態(tài)與制動狀態(tài)的切換、電動運(yùn)行轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)控制、電動運(yùn)行的換相控制、回饋制動運(yùn)行的換相控制、電機(jī)運(yùn)行速度的檢測、A／D與D／A轉(zhuǎn)換等，在未來的電動車控制系統(tǒng)中將得到廣泛的應(yīng)用。
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