基于STC单片机的电动自行车无刷直流电动机控制器设计毕业论文_自动化毕业设计

基于STC单片机的电动自行车无刷直流电动机控制器设计毕业论文

2021-04-15更新

摘 要

在经济日益增长的今天,电动自行车因为其小巧,方便,清洁和实惠越来越受到人们的欢迎。轻量化是未来电动自行车的重要发展方向,无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,其无电刷和换向器的特点,使它拥有体积小,出力大,无极调速,调速范围广,过载能力强等优点。此电机在电动自行车中得到广泛应用。同时,由于电动自行车无需燃油,相对于那些燃油自行车是真正的绿色交通工具,其得到了国家的大力倡导。

鉴于此,本文设计了一套用STC单片机作为运算控制中心的电动自行车的控制电路;

同时,用PWM调速技术来控制无刷电机的运行,并自行设计出电动机的驱动放大电路,

直流电机的三相全桥逆变电路和输入输出电路。考虑到电动车电源的局限性,电机将采用能量回馈制动原理来提高电池的工作效率,大大提高了电动车的运行时间。

关键词:电动自行车;无刷直流电机;PWM调速; STC单片机

Abstract

Today, the economy is growing, the electric bicycle is more and more popular because of its compact, convenient, clean and benefit.Because of its compact, convenient, clean and affordable, electric bicycle is more and more concerned. Lightweight is the important development direction of electric bicycle in the future. Brushless DC motor by the motor body and drive components,the characteristics of brush and commutator, making it has small volume, large output and stepless speed, wide range of speed and overload ability strong and so on. The motor is widely used in electric bicycle. At the same time, due to the electric bicycle without fuel, with respect to the fuel bicycle is the real green traffic tool, which received the country’s vigorous advocacy.

In view of this, this paper designs a control circuit of the electric bicycle which is used as the arithmetic control center of the STC microcontroller. At the same time, using the technology of PWM control to control non brush motor running, and designed a motor driving amplifying circuit, a DC motor three-phase full bridge inverter circuit and the input and output circuits. Considering the limitation of electric vehicle power supply, the electric motor will use the energy regenerative braking principle to improve the working efficiency of the battery, and greatly improve the running time of the electric vehicle.

Key words:PWM speed control technology ; Brushless DC motor; STC microcontroller; Electric bicycle

目 录

摘 要 I

Abstract II

1 绪 论 3

1.1 课题研究的背景及意义 3

1.2 电动自行车的研究现状 3

1.2.1 国内电动自行车的发展现状 3

1.2.2 国外电动自行车的发展现状 4

1.3 无刷直流电机的发展 5

1.4 本论文的主要内容 5

2 无刷电动机控制分析及控制器设计 6

2.1 无刷电机的基本结构及原理 6

2.1.1无刷电机的基本结构 6

2.1.2 无刷电机的工作原理 7

2.2 无刷直流电机的换相转矩波动 7

2.2.1电机换相转矩波动产生的原因 7

2.2.2换相转矩波动抑制方法 8

2.3 无刷直流电机的调速方法 9

2.3.1 PWM 调速原理 9

2.3.2 PWM调制方式 10

2.4无刷直流电机的能量回馈制动 10

2.4.1 能量回馈制动的原理 10

2.4.2 实现回馈制动的方法 11

2.5本章小结 12

3无刷电动自行车控制器的硬件设计 13

3.1 控制器硬件系统框图 13

3.2 STC12C5A60S2单片机简介及其外接电路 14

3.3 电源电路 16

3.4 霍尔位置检测电路 16

3.5 电流检测电路 17

3.6 刹车电路 19

3.7 三相全桥逆变电路 20

3.8 功率驱动电路 21

3.9 手把电压输入电路 22

3.10本章小节 23

4 无刷电动车电机控制策略 24

4.1 PID控制 24

4.2 双闭环调速系统设计 24

4.3 本章小结 25

5 无刷直流电动车控制器软件设计 26

5.1 主程序设计 26

5.2 中断服务程序设计 27

5.3 电子换相程序设计 28

5.4 速度调节和电流调节程序 29

5.5 自动鉴相程序 30

5.6 AD采样程序 31

5.7 欠压保护程序 32

5.8 软件抗干扰设计 33

5.8.1输入与输出端软件抗干扰设计 33

5.8.2 程序进行中的软件抗干扰设计 33

5.9 本章小结 34

6 实验结果与分析 35

6.1 实验平台 35

6.2 实验分析 35

致 谢 36

参考文献 37

绪 论

课题研究的背景及意义

在经济日益发展的今天,大量汽车尾气的排放加剧的空气质量的恶化,环境保护和节约能源的问题已经越来越受到重视,大家都在致力寻找清洁能源的来源,电动自行车因为其低噪音,清洁,方便,实惠受到广大百姓的喜欢。一直以来在城市发展中,噪声污染是最严重的一种,所以有效的使用电动车,将这种噪声污染减轻下来,对于城市的发展是有利的,也比较适合于道路行驶。同时由于电动自行车结构简单,体积小,非常适合城市中错综复杂的道路,减缓的因燃油车太多导致的拥堵现象;同时电动自行车可以大大增加能源的利用率,对比于燃油车在等待红绿灯时所消耗的的能源将会有很大优势,其是一种社会可持续发展工具。

电动自行车的研究现状

1.2.1 国内电动自行车的发展现状

电动自行车主要由电池,电机和电控系统组成;由于电动自行车的诸多优势,我国从1985年开始进入到研发电动自行车的队列中,在这几十年的不懈努力后,我国在电动车生产方面有了很大的突破,虽然在自行车的产品可靠性,稳定性和一致性还没有达到国外已有水平,需要进一步的努力。在国家的大力支持下,国内出现了各种科研团体积极投入电动自行车的研发中。电机,电池和电控系统是电动自行车的三大关键,谁首先拥有了这方面的技术,就有优先发展电动自行车的权利。近几年,中国在锂离子电池,,燃料电池等高性能动力电池的研发有了很多的突破,与国外相比我们有很多的优势。

就目前中国的电动自行车市场来看,常用的工作电压有48V,还有其他24V和36V,在电池方面比较受欢迎的是免维护的铅酸电池。除了铅酸电池,我们还研究开发了电容电池,锂电池;其中代表性的有东风汽车公司与中科院大连化物所联合研发的质子交换膜燃料电池。

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