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

　　本系統采用速度和電流雙閉環的全數字控制，其特點是是調試方便，控制策略改動容易。速度環采用傳統的PI控制策略，電流環采用帶反電動勢補償的PI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、閉環調節以及其他的各種功能都通過MCU的控制軟件實現。系統的軟件流程如圖6所示。

圖6 控制程序框圖

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

圖7 控制原理結構

樣機測試及分析

　　根據系統的要求，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;
　　額定轉矩：6N.m； 額定轉速：300rpm；
　　電機效率：≥80%；額定電流：7A。

　　在保證其他系統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

　　根據電動自行車的性能要求完成了如下各項功能試驗，系統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
　　進行閉環控制提高了速度跟蹤的精度并且減小運行過程中的轉矩脈動。

　　·堵轉保護
　　在堵轉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。

　　經過系統試驗證明，與當前市場上的E-BIKE相比，該系統已經實現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控制，提高了系統的動態響應性能。

參考文獻：

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