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一種以單片機(jī)為微處理器的高性能新型電動車控制系統(tǒng)(zxj)
 
 

    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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