基于LPC2132的雙驅電動車控制系統設計（一）

1.概述

當今石油資源匱乏與環境保護的緊迫需求，對汽車工業的發展提出了新的要求，那就是：低噪聲.零排放和節能等，電動汽車正是當今汽車工業籍以解決能源.環保等問題可持續發展的最重要途徑，而以輪轂電機為驅動的電動車既可以消除傳統傳動中的機械磨損與損耗，提高了傳動效率，又具有體積小和重量輕的優點，使得提高效率的同時，車輪空間也能得到有效利用，更有利于實現機電一體化和現代控制技術;ARM7系列微處理器，作為32位嵌入式處理器，以其極高性能.低功耗.豐富的片上資源.小體積等特性，已經被廣泛應用于移動電話.手持式計算機.汽車等各領域，成為極具市場競爭和前景的處理器.本設計方案基于PHILIPS公司的ARM7TDMI-STM處理器LPC2132,分別控制兩個無刷直流電機，實現電動汽車兩后輪獨立驅動，對控制系統進行了可靠設計，保證系統的穩定性，并最終在實踐中進行了驗證.

2.無刷直流電機及驅動控制

無刷直流電動機是由轉子位置傳感器.電動機本體以及電子開關電路組成.其工作原理如下：由位置傳感器(霍爾傳感器)定時動態檢測轉子所處的位置，并根據此位置信號來控制開關管的導通或截止，從而控制定子繞組通電與斷電，即實現了電子換向功能，并使電機連續運轉.

圖1是三相聯結全橋驅動電路，其中，開關管Q1.Q3.Q5采用P溝道MOSFET功率管，柵極為低電平時MOSFET管導通，VD1.VD3.VD5為相應的保護二極管;開關管Q2.Q4.Q6采用N溝道M O S F E T功率管，柵極為高電平時MOSFET管導通，VD2.VD4.VD6為相應的保護二極管.其中位置傳感器的3個輸出端通過特定的邏輯電路控制Q1-Q6開關管工作(導通或截至)，其控制方式有兩種：“三三導通方式”

與“二二導通方式”.全橋式驅動下的繞組又分為星形聯結和角形聯結，其聯結方式如圖2所示.

三三導通方式“指的是每次使3個開關管同時導通，在圖1中，各開關管的導通順序為：Q1.Q2.Q3–Q2.Q3.Q4–Q3.Q4.Q5–Q4.Q5.Q6–Q5.Q6.Q1–Q6.Q1.Q2.”三三導通方式“在實際工作時又可以分為六種控制方式，每隔60°改變一次導通狀態，每改變一次狀態更換一個開關管，每個開關管導通180°.在每種狀態下，其合成轉矩的大小都是單相轉矩的1.5倍.

在本文中使用三相全橋星形聯結，采用”三三導通方式“,驅動電路中MOSFET管的導通或截止由相應的軟件來控制，即根據位置傳感器的檢測信號來提取相應的MOSFET管對應的控制字，并通過特定的邏輯電路控制MOSFET管，實現對MOSFET管導通或截止控制，從而實現對無刷直流電機作出換相控制，使電機能連續運行.電機方向的控制只是上述功率MOSFET管的導通順序不同，也就是所提取的控制字不同.無刷直流電機的轉速控制，可以采用PWM(脈寬調制)方法來控制電機的通電電流，在此不做詳細描述.

3.雙驅電動車控制系統硬件設計

本論文控制系統設計思想是利用一個CPU控制兩個無刷直流電動機，是為實現電動汽車的后輪分別獨立驅動而設計的.在電動汽車控制系統中，控制系統主要負責對兩個無刷直流電機的電機速度調節.正反轉控制，開始和停止控制等功能.這里采用PHILIPS公司LPC2100系列中的LPC2132作為中央處理器.

LPC2132是基于一個支持實時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，內嵌高速64K字節Flash存儲器，其寬范圍的串行通信接口和豐富的片內資源(如32位定時器x4個.PWM通道x6個.10位8路ADC和10位DAC,另外具有47個通用I/O口以及9個邊沿或電平觸發的外部中斷源)使其具有強大的處理功能，并具有很強的抗干擾能力，特別適用于工業控制.電動車智能控制系統總體框圖如圖3所示，下面給出幾部分功能的硬件設計圖.

3.1 電源設計

本控制系統的電源由4塊12V大容量鉛蓄電池串連后提供48V直流電，而系統中的工作電壓還有+3.3V.+5V和+15V,因此采用常用的穩壓電源芯片LM7824.LM7815.1117-3.3和1117-5產生所需各組電壓，具有可靠.穩定.簡單的特點.如圖4所示.