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毕业设计论文摘要单片机控制的永磁无刷直流电动机调速系统适用于电动自行车等小功率的工作情况。

并能将多余的电能回溃。

该系统具有调速性能好功率因数高节能体积小重量轻等优点。

本文从系统要求分析入手，将整个系统分成四个部分，分析和讨论了各个部分的电路原理控制策略实现方法。

详细讨论了系统的各种工况及信号的传递情况，并得到了系统各个部分在不同工况的工作状态。

系统各部分的控制电路基于公司的控制芯片单片机。

根据永磁无刷直流电动机的特性实施脉宽控制，并通过转速传感器测量转速通过八段数码管动态显示转速，通过软硬件的配合，实现了整个系统的设计要求。

引言人类与环境共存和全球经济的可持续发展使人们迫切希望寻求到种既能代替人力又低排放和有效利用资源的交通工具，电动车是种安全经济清洁的绿色交通工具，不仅在能源环境方面有其独特的优越性和竞争力，因此使用电动车无疑是种很有希望的方案。

现代电动车是融合了电力电子机械控制材料科学以及化工技术等多种高新技术的综合产品。

整体的运行性能经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。

电动车的电机驱动系统般由个主要部分组成，即控制器功率变换器电动机及传感器。

目前电动车中使用的电动机般有直流电动机感应电动机开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等。

系统要求电动车对电动机的基本要求电动车的运行，与般的工业应用不同，非常复杂。

因此，对驱动系统的要求是很高的。

电动车用电动机应具有瞬时功率大，过载能力强过载系数应为，加速性能好，使用寿命长的特点。

电动自行车调速系统的设计电动车用电动机应具有宽广的调速范围，包括恒转矩区和恒功率区。

在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足起动和爬坡的要求在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足车在平坦的路面能够高速行驶的要求。

电动车用电动机应能够在车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈回蓄电池，使得电汽车具有最佳能量的利用率，这在内燃机的摩托车上是不能实现的。

电动车用电动机应在整个运行范围内，具有高的效率，以提高次充电的续驶里程。

另外还要求电动车用电动机可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单适应大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。

鉴于电动车对电动机的基本要求采用永磁无刷直流电动机。

永磁无刷直流电动机的基本性能。

永磁无刷直流电动机是种高性能的电动机。

它的最大特点就是具有直流电动机的外特性而没有刷组成的机械接触结构。

加之，它采用永磁体转子，没有励磁损耗发热的电枢绕组又装在外面的定子上，散热容易，因此，永磁无刷直流电动机没有换向火花，没有无线电干扰，寿命长，运行可靠，维修简便。

此外，它的转速不受机械换向的限制，如果采用空气轴承或磁悬浮轴承，可以在每分钟高达几十万转运行。

永磁无刷直流电动机机系统相比具有更高的能量密度和更高的效率，在电动车中有着很好的应用前景。

永磁无刷直流电动机的控制系统。

典型的永磁无刷直流电动机是种准解耦矢量控制系统，由于永磁体只能产生固定幅值磁场，因而永磁无刷直流电动机系统非常适合于运行在恒转矩区域，般采用电流滞环控制或电流反馈型法来完成。

为进步扩充转速，永磁无刷直流电动机也可以采用弱磁控制。

弱磁控制的实质是使相电流相位角超前，提供直轴去磁磁势来削弱定子绕组中的磁链。

永磁无刷直流电动机的不足。

永磁无刷直流电动机受到永磁材料工艺的影响和限制，使得永磁无刷直流电动机的功率范围较小，最大功率仅几十千瓦。

永磁材料在受到振动高温和过载电流作用时，其导磁性能可能会下降或发生退磁现象，将降低永磁电动机的性能，严重时还会损坏电动机，在使用中必须严格江南大学毕业设计论文控制，使其不发生过载。

永磁无刷直流电动机在恒功率模式下，操纵复杂，需要套复杂的控制系统，从而使得永磁无刷直流电动机的驱动系统造价很高。

总体规划对于电动自行车控制系统设计主要有三个方面控制电路的设计二传感器选择以及安放设计三显示电路的设计四程序设计。

从总的方面来考虑，传感器的使用应该尽量减少单片机的信号处理量，但是又必须能使车行驶自如。

控制电路要根据选用的电机和传感器来设计，主要考虑稳定性，抗干扰性。

控制核心采用单片机，控制系统与电路用光耦完全隔离以避免干扰。

控制上采用分时复用技术，仅用块单片机就实现了信号采集，电机控制和转速显示。

如图所示图电路设计控制电路主要有电源电路电机驱动电路单片机接口电路显示电路四个部分。

考虑到电机的起动电流和制动时比较大，会造成电源电压不稳定容易对单片机和传感器的工作产生干扰，所以，电机驱动电路和单片机以及传感器电路用光耦隔离。

传感器的电源直接使用蓄电池，单片机的电源则通过三端稳压器将电源转换到。

电源电路直流电动机单片机显示部分转速传感器控制电路驱动电动自行车调速系统的设计三端稳压器图直流电源经三端稳牙器输出即为单片机所要求的电源。

电路中接入电容是用来实现频率补偿的，可防止稳压器产生高频自激振荡并抑制电路引入的高频干扰。

大容量的是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。

是保护二极管，当输入端意外短路时，给输出电容器个放电通路，防止两端电压作用于调整管的结，造成调整管结击穿而损坏。

江南大学毕业设计论文打开系统电源后由电位器控制电动机转速，线上那路模拟电压被转换成数字量由线上的地址决定。

内部地址锁存与译码电路便能把线上模拟电压送入位转换器此时，若单片机使线处于高电平，则便开始转换，旦转换完成，方面把转换后的数字量送入它的三态输出缓冲器另方面又使线变为高电平向单片机提出中断请求。

单片机检测和响应该中断请求后就通过使非变为低电平而使线变高，以便可以从引线上取走转电动自行车调速系统的设计换后的数字量。

单片机根据转换后的数字量输出相应的巨型脉冲信号。

脉冲信号经放大后经光电藕荷控制继电器。

驱动电路及原理下面主要对驱动电路进行下介绍。

种线性型使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。

线性型驱动的电路结构和原理简单，成本低，加速能力强，但功率损耗大，特别是低速大转距运行时，通过电阻的电流大，发热厉害，损耗大。

另种脉宽调制型脉宽调速较常用的种调速方式，这种调速方式有调速特性优良调整平滑调速范围广过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动制动和反转的等优点。

因此决定采用方式控制直流电机。

永磁式直流电机脉宽调速原理永磁式直流电动机电机转速由电枢电压决定，电枢电越高电机转速越快，电枢电压降为，电机就停转。

直流电机的具体调速过程是先让它启动段时间，然后切断电源，电动机因惯性而降速转动。

在转速降到定限度时使电动机再次接通电动机因此而再次加速。

不断的给电枢两端送入脉动电压源即脉动信号就可以使电动机的转速控制在指定的范围内。

如图所示脉冲信号转速江南大学毕业设计论文图为电动机的最大转速值。

为电动机的最小转速值。

为二者的平均值。

式中称为占空比越大就越大反之亦然。

平均转速和电枢上的脉冲占空比之间的关系如图平均速度占空比图由图可知，平均转速与占空比并非完全的线性关系，但可以近似的看成是线性关系。

因此电动机的平均转速就可以有占空比加以控制。

调速分为双向式和单向式两种种双向式在个脉冲周期内，和导通的时间为，和导通的时间为，这样在这段时间内，电机通过的是正向电流，在这段时间内为反相电流。

当时电机停转时电机正转时电机反转。

另种单向式单向式的电路更双向式相同。

不同的是，在电机正转时，这段时间内不通过反向电流，电机反转时，内不通过正向电流。

其调速原理基本与双向式相同。

单向式与双向式相比，三极管的开关频率少半，比较不容易发生上下三极管导电动自行车调速系统的设计通而造成电源短路的情况，故可靠性有所提高，但控制性能比双向式稍差。

外特性低速性能也不如双向式好。

图电路如上图左所示为双向式调速方式下速度与占空比关系曲线，图右为单向式调速方式曲线。

综合以上两种方式的优缺点，并考虑到电动自行车对调速精度要求不太高，以及省电，器件损耗等各方面因素，决定采用单向式。

考虑到编程时可能会产生使都导通的情况，以至电源短路，烧毁器件。

由于采用单片机控制电机，如果单片机的电源采用与电机同电源，虽然经过稳压滤波，但是单片机仍然容易受到电机以及继电器的干扰，为了避免干扰，采用光电隔离，单片机和电机采用两套电源。

光耦般需要以上的驱动电流，由于单片机的输出电流只有几百微安，故需要先接或者接个三极管增加驱动能力的高电平驱动能力为。

光耦的输出再接给达林顿管，考虑到电机的短路电流有，故选用型号的达林顿管允许通过的最大瞬时电流为。

另外在达林顿管的极和电源的正极之间接个耐流为的二极管，这样在关断电源后，使继电器反相，可以让电机放电，这样停车时车不至于因为惯性滑行太远而浪费能源。

因此时以关断了电源，要将电动车停下来而采取的无谓制动不能将电能回馈给蓄电池。

考虑到电动自行车对电机转速，距离控制的要求不高，为了简化程序和外接电路，所以没有考虑采用闭环控制，用开环控制就可以实现自行车的功能。

江南大学毕业设计论文脉冲信号工作时为高电平，通过光耦驱动复合管导通，此时为高电平通过光耦使三极管导通，继电器各线圈被短路。

为长闭触点，所以电动机加正向电压。

当为底电平时所有继电器得电，常开触点闭合常闭触点打开，断开导通。

电动机加反向电压。

如果保证则电动机正转。

通过改变的占空比即可改变转速。

主要器件性能及原理单片机内部结构是系列单片机的典型产品，我们以这代表性的机型进行系统的讲解。

单片机包含中央处理器程序存储器数据存储器定时计数器并行接口串行接口和中断系统等几大单元及数据总线地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明中央处理器中央处理器是整个单片机的核心部件，是位数据宽度的处理器，能处理位二进制数据或代码，负责控制指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作