基于PIC單片機的電動(dòng)自行車(chē)控制系統設計

2．2 系統的主要控制電路設計
(1)位置檢測與速度檢測電路。在無(wú)刷直流電機的控制中，磁極位置的測定直接決定了控制效果的好壞。方波電流驅動(dòng)的無(wú)刷直流電機是借助于位置檢測信號控制逆變器換流，以達到在電機定子線(xiàn)圈中通以互差120°的方波電流，才能正常運行。本系統的位置信號采樣是通過(guò)無(wú)刷直流電動(dòng)機本身自帶的霍爾元件檢測的，由于霍爾元件是集電極開(kāi)路輸出，其輸出信號經(jīng)過(guò)上拉電阻得出位置方波信號，再經(jīng)過(guò)隔離電路送到PIC的C口對應引腳進(jìn)行位置信號的捕捉。
為了使電路盡可能的簡(jiǎn)單，降低成本，該系統沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設置速度檢測裝置，而是利用轉子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來(lái)反映電機的轉速，并通過(guò)軟件運用算法測速，從而實(shí)現轉速反饋。
(2)電流檢測電路。電流檢測是限流驅動(dòng)的基礎，是系統電流環(huán)控制的重要環(huán)節，該方案采用一個(gè)分流電阻間接測流。在直流側接相應阻值的分流電阻，通過(guò)測量電阻的電壓，來(lái)測量直流回路的電流，這種方案對于A(yíng)／D轉換的精度和軟件數據處理有一定要求，但是造價(jià)很低。
(3)驅動(dòng)、逆變電路。該系統采用MOSFET組成逆變器的變換電路。由于半橋逆變器的控制比較復雜，需要6組控制信號，電機三相繞組的工作也相對獨立，必須對三相電流分別控制。而全橋逆變器的控制比較簡(jiǎn)單，只需三組獨立控制信號，且任一時(shí)刻導通的兩相電流相等，只要對其中一相電流進(jìn)行控制，另外一相電流也得到了控制。因此該方案采用全橋逆變電路來(lái)控制各相位的導通，并選取美國國際整流公司推出的MOS功率器件專(zhuān)用的柵極驅動(dòng)集成電路IR2132S。
(4)電機調速方案。直流無(wú)刷電動(dòng)機可以通過(guò)改變電樞電路中的外串電阻或改變加在電動(dòng)機電樞上的電壓調速。其中改變電樞電壓調速的方法有穩定性較好、調速范圍大的優(yōu)點(diǎn)。該系統利用開(kāi)關(guān)驅動(dòng)方式使半導體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈寬調制(PWM)控制電動(dòng)機電樞電壓，實(shí)現調速。
常用的PID控制算法分為位置式控制算法和增量式控制算法。位置型PI算法的表達式為：

式中：e(t)是輸入；u(t)起控制作用；Kp為比例系數；Ti為積分時(shí)間常數。
增量型算法表達式為：

該系統電流調節器用PI調節器，速度調節器為改進(jìn)的PI調節器，且都采用增量式控制算法。對于速度環(huán)的控制采用改進(jìn)的PI算法即積分分離PI算法實(shí)現。該算法的表達式為：