基于78F0712的E-BIKE用無刷直流電機控制器的設計

軟件控制策略

　　本系統(tǒng)采用速度和電流雙閉環(huán)的全數(shù)字控制，其特點是是調(diào)試方便，控制策略改動容易。速度環(huán)采用傳統(tǒng)的PI控制策略，電流環(huán)采用帶反電動勢補償?shù)腜I控制方案。軟件設計采用模塊化控制方案，從速度給定和位置采樣、速度計算、閉環(huán)調(diào)節(jié)以及其他的各種功能都通過MCU的控制軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)的軟件流程如圖6所示。

圖6 控制程序框圖

　　對電機的控制由軟件根據(jù)實際速度進行電壓和電流的閉環(huán)計算后改變PWM輸出脈沖的占空比實現(xiàn)。PWM驅(qū)動脈沖的頻率為20KHz，最大限度的降低了系統(tǒng)的電磁噪聲。其中電流環(huán)的計算周期為100ms，速度環(huán)的計算周期為500ms。其控制原理結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 控制原理結(jié)構(gòu)

樣機測試及分析

　　根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用新日風華6號作為試驗樣機，其采用的無刷直流電機的各項指標如下：

　　額定電壓：48V；  額定功率：240W;
　　額定轉(zhuǎn)矩：6N.m； 額定轉(zhuǎn)速：300rpm；
　　電機效率：≥80%；額定電流：7A。

　　在保證其他系統(tǒng)控制電路不變的情況下更換控制板后的樣機如圖8所示。

圖8  試驗樣機

　　根據(jù)電動自行車的性能要求完成了如下各項功能試驗，系統(tǒng)性能也得到了很大的提高。

　　·120o/60o電機切換功能
　　通過更改換相邏輯控制器完成了對兩種電機的切換控制。

　　·剎車斷電。

　　·電輔剎車和反充電
　　通過軟件可以控制剎車力的大小和反充電的電流。

　　·定速巡航功能。

　　·速度和電流閉環(huán)
　　進行閉環(huán)控制提高了速度跟蹤的精度并且減小運行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動。

　　·堵轉(zhuǎn)保護
　　在堵轉(zhuǎn)的情況下起到保護功率電路的作用。

　　·欠壓保護
　　保護蓄電池以免過放電。

　　·其他一些輔助功能。

　　經(jīng)過系統(tǒng)試驗證明，與當前市場上的E-BIKE相比，該系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了所有基本的控制功能，并在此基礎上增加了速度和電流閉環(huán)控制，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應性能。

參考文獻：

　　1.  μPD78F0712 Datasheet, NEC
　　2.  肖建云，基于C8051F313的新型電動自行車調(diào)速控制系統(tǒng)設計，電子產(chǎn)品世界，2008.3,113~114