机的额定电压时，因为电机的绝缘强度的限制不能继续增加电压提高电机的转速，改变可以减小电机的磁通以提高电机的转速。改变电枢电压调速属于恒转矩调速弱磁调速属于恒功率调速。电枢串电阻调速时电机的运行效率较低，只在小功率或特殊场合使用。脉宽调制目前，直流电动机控制中应用最多的方法就是控制。这是用开关方式控制电压的种方法。从开关导通到下次导通的时间间隔称为开关周期。当开关周期定时，在开关周期的宽度内改变导通的时间就控制了电压。导通时间相对于开关周期的比例称为占空比。当占空比较小时，导通时间短，加到电动机上的电压低，电动机低速旋转。如果加大占空比，加到电动机上的电压高，电动机就会高速旋转。秒时间内开关动作的次数称为频率。般工业用直流伺服电动机的频率大约是。即秒种内开关导通关断万次。两次开关导通之间的开关周期仅为短短的。在这段时间内调节导通的时间，就可以控制电压。控制巧妙地利用了电动机线圈的电感。控制使用电力控制的三极管作为开关。当三极管导通时，电感阻碍突然产生的大电流瞬间涌入三极管，避免出现超过允许值的电流而损坏三极管。另外，电动机两端还装有只能单方向导电的半导体二极管。当开关关断时，电感会使电流持续地流动，让这个电流通过二极管反方向流过，就可以有效地利用电动机旋转的能量。传感器传感器的定义及组成传感器是指感受规定的被测量并按照定规律转换成可用信号输出的器件或装置。它是有敏感元件转换元件电子线路组成。传感器输出的信号在机电体化中般为电信号。在日常生活中传感器的别名有变换器探测器换能器次仪表等。磁敏式位置传感器是指它的电参数按定的规律随周围磁场变化的半导体敏感元件。其基本原理为霍尔效应和磁阻效应。目前常见的磁敏传感器有霍尔元件或霍尔集成电路磁敏电阻器及磁敏传感有霍二元件或霍尔集成电路磁敏电阻器及磁敏二极管等多种。传感器的种类很多，在做电动自行车发电反馈系统设计时采用的是位移与位置传感器中的位置开关霍尔式。它的特点是非接触测量，动态响应特性好但是对临近物体的材料特性和表面的性质有定的要求。霍尔式传感器的各种原理霍尔式传感器是基于金属或半导体材料的霍尔效应制成的传感器。如图所示的金属或半导体薄片。若在它的两端通以控制电流，并在薄片的垂直方向上施加磁感应强度为的磁场，那么，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这中现象叫霍尔效应。霍尔效应的产生是薄片内运动电荷受磁场中洛伦磁力作用的结果。在此力的作用下，电子向侧偏移并形成积累，另侧则积累正电荷，于是又产生的电场。该电场阻止运动电荷的继续偏移，当该电场中的作用在电子上力与洛伦磁力相等时，电子积累达到了动态平衡，此时霍尔电势为式中霍尔元件的灵敏度控制电流磁感应强度。基本输入控制电流或磁感应强度，霍尔电势将正比变化，霍尔传感器就是基于这原理制成的。基本的测量电路如图所示。图霍尔式传感器图测量电路电动车控制系统设计控制系统的组成控制器是由周边器件和集成块组成。周边器件是实现系统输入输出功能的器件，它们是放大器传感器桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件在控制系统设计中,利用脉宽调制原理控制直流无刷电机的速度。同时，应用了回馈制动的技术，将制动能量回馈到电网对蓄电池进行充电,从而大大节省了能源，提高了利用效率。控制系统设计方案控制芯片是脚的双列直插窄式集成电路块,其内部结构如图所示。其主要功能有转子位置译码器接受转子位置检测器的信号,处理后生成路输出驱动信号控制逆变桥的正确换流故障与处理包括欠压过热误码过流等正反转控制改变路输出驱动信号的顺序,以改变定子绕组的电流方向,从而改变电机转向制动封锁所有上桥臂的驱动信号,使电机与电源隔离,同时打开所有下桥臂的驱动信号,短接电机的电动势,使电机迅速减速内部振荡器决定的调制频率转速给定包括个误差放大器和个比较器,给定的转速信号与振荡器的输出锯齿波相比较,产生控制信号内部基准电压不仅用于内部比较器和振荡器的电源,还输出作为转子位置检测器的电源。图电路示意图控制系统电路设计以为核心构成的电动车控制系统采用方式控制电机的转矩和转速,采用电机内置的霍尔传感器检测转子位置。由接收霍尔传感器的位置信号,并对其进行译码,以决定由哪个电极换相。采用三相全桥驱动，由人根据车速的快慢来调节控制车速电位器,使车加速或减速。转子位置检测电路无刷直流电动机定子绕组采用三相型接法,三个霍尔位置传感器的空间间距为,即电角度。个霍尔感应器的输出分别接到的脚,设置芯片的这个引脚响应方式均为电平跳变触发,当霍尔脉冲发生由高而低或者由低而高的电平跳变时,均会触发中断,六种组合分别对应个周期中个状态,以查表方式确定换相。图转子位置检测电路欠压保护的第脚的输入电压低于时,由于第脚的输入连接内部比较器的同相输入端。该比较器的反相输入为内部的标准电压,此时通过与门将驱动下桥的三路输出全部封锁下桥的个功率三极管全部关断,电机停止运行,起欠压保护的作用。系统电路图下图是运用,设计的直流无刷电机控制线路图，受控制的无刷直流电机为轮毂电机，额定电压为，额定功率为，最大允许电流为，要求电动车的额定转速为。系统采用块额定电压为的个镉镍免维护蓄电池供电，考虑到所需的电压范围为，用稳压块给其供电。系统的信号频率可以由外部电路调节，只需要在的外围加个电容个电阻和个可调电位器即可产生所需要的脉宽调制信号。芯片是为了驱动，将产生的信号输送给，而是将其控制信号进行处理，进而将其放大。的第脚为使能端，高电平有效，只要将其输入电平设置为低，即可实现能耗制动刹车，另外也可经通过调节控制车速的电位器，从而改变信号的占空比，实现无级调速当占空比为零时，电机转速为零，实现刹车。图芯片控制线路图电动自行车的能量回收在提高电动自行车性能中，改善能量的利用率十分重要。车辆在减速或制动时，将其中部分能量转化为电能的过程称为制动反馈。电动自行车采用电制动时，通过将驱动电机处于发电状态，使车辆产生制动力矩，同时利用所产生电能反充到蓄电池，从而有效地回收制动能量，延长行驶里程。制动模式与能量的分析电动自行车制动的方法可分为机械制动和电气制动两大类。制动方式应考虑机械制动与电气制动的结合，尽可能多的用回馈发电方式取代机械式制动。当电动自行车高速行驶时，其驱动电机般是在恒功率状态下运行，驱动力矩与驱动电机的转速或车辆速度成反比。因此，恒功率下电机的转速越高，能量回收能力越低。当电动自行车中低速时，由于制动能量回收力矩通常保持在负荷状态，所以能量的回收能力随着车速降低而减小。通过能量回馈，既可减少机械制动系统的损耗，又能提高整车能量的使用效率，达到节约能源和改善续驶里程的目的。如下图所示图电动自行车能量应用模式电动自行车制动可分为三种，对不同情况应用不同控制策略。紧急制动应用于自行车制动加速度大的过程。中轻度制动应用于自行车在正常工况下的制动过程，可分为减速过程与停止过程。电制动完成减速过程，机械制动完成停止过程。两种制动的过渡点由电机发电特性确定。应避免充电电流过大，或充电时间过长。下长坡时制动应用于制动力压球不大时，可完全由电制动提供，充电特点为回馈电流小，充电时间长。在电动自行车上，并非所有机械能或制动能量都可再生，制动力从地面与轮胎表面传送到车轮与半轴，然后由再生制动控制进行制动力的分配，决定前后轮摩擦制动和再生制动的多少。只有驱动轮上的制动能量可沿着与之相连接的驱动轴传送到能量存储系统，另部分的制动能量将由车轮上的摩擦制动而以热的形式散失与大气中。同时，在制动能量回收的过程中，能量传送环节和能量存储系统的各部件也会造成能量损失。在再生制动时，制动能量通过电动机转化为电能，而电动机吸收制动能量的能力依赖于电机速度，在其速度范围内制动时，可再生的能量与速度成正比，当所需的制动能量超出能量回收系统的范围时，电机可吸收的能量将保持不变。超出的这部分能量就被摩擦制动系统吸收。故传统的摩擦制动也是必须的，只有将再生制动与摩擦制动有效结合，才有可能产生个高效的制动系统。能量回馈的控制策略能量回馈控制策略直接影响了能量回馈效率制动安全性骑车感觉等，是基于常规自行车制动系统的能量回馈控制方式的核心技术，需要综合考虑各种因素的开关管，通入和电势反相的方波电流。虽然这种方式可以产生制动性质的电磁转矩，但并不能将能量回馈到电源，如果控制不好，还可能使电机反转在低速时。电动自行车电气制动显然不能这样简单地采用电源极性反接的方式。电动自行车电气制动具有特殊的要求由于电池能量有限，因而要求将制动的能量回馈到电池，且要求回馈的效率尽量高能够有效地控制充电电流的大小，以满足电池特性的要求能够有效地控制制动转矩的大小，使电动自行车能够很好地控制制动速度的快慢。电磁制动，同时这里采用了种称为低速能量回馈制动的电气制动方式。低速能量回馈制动在电机转速低于额定转速时可实现向电源回馈能量，这种控制方式制动效果较好，能量回馈效率高，控制方便安全，是种良好的电气制动方式。电动自行车在运行中回馈有两种方式。下坡时为防止速度过高的制动控制方式。当自行车下坡时带动电机作发电运行，电机三相线电压经各二极管整流后对电池充电，同时电机的力矩对自行车起制动作用。设蓄电池的空载额定电压，取电动状态下理想空载每相电势为式当转速进步提高时电机过渡到发电状态。近似的认为相电压为正弦波，其最大值为，经整流后电压为向电池充电必须，即具体分析电动自行车在平地或上坡时行驶，负载转矩起阻碍作用下坡时，负载转矩相反，变成帮助电动车往下行驶。在制动转矩和负载转矩的共同作用下，转速加快。到达理想空载转速时，制动转矩为零，但负载转矩小于零，即其与转速方向相同，在负载转矩作用下，电机继续加速，越过理想空载转速继续加速。这时制动转矩反向并逐渐增大，最终达到等于负载转矩数值，电动车恒速下移。从转数大于理想空载转速后，电机过渡到发电状态。近似地认为相电压为正弦波。经过整流后电压，再生制动力矩的产生需要电机转速高于理想空载转速。故增加励磁可控制制动力矩，降低车速。驱动电机不超过最高转速时的减速制动控制方式。即低速回馈制动，其目的在于在电机转速低于空载转速时，把自行车的动能转化为磁能存储在电感中，再通过逆变器作用，自行车的动能及前期存储在电感中的磁能起转化为电能，通过电感升压作用，向蓄电池回馈能量。同时由于电机电流方向在整个周期内与电动运行时相反，故可得到制动性电磁转矩，实现自行车的电气制动。低速能量回馈制动只对处于相同半桥上的个元件如有开关动作，而另半个桥上的个元件则总是截至的。以对下半桥进行控制为例，当相反电势处于正向最大的度的区间内，对该相的下桥臂开关元件进行控制，则可以产生可调的制动电磁转矩。本控制原理是升压斩波器原理。以为正，为负的度电角度区间段为例，也就是电动状态时的的导通区间，此时对进行控制。当导通时，反电势通过，将能