基于AVR单片机的电动自行车控制系统研究

发布时间：2017-05-18 10:21

  本文关键词：基于AVR单片机的电动自行车控制系统研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,燃油交通工具因尾气排放问题已造成了城市空气的严重污染。于是发展绿色交通工具已成为一个重要的课题。 考虑到我国目前的国情,发展电动自行车具有重要的环保意义。而且灵活、轻巧、“零排放”、价格低廉等优点,将使电动自行车迅速得到普及。 随着电机技术及功率器件性能的不断提高,电动自行车的控制器发展迅速。但是目前,市场上大多数的电动自行车产品均采用低集成度元件控制装置。其缺点是功能过于简单,不能充分发挥系统的潜力及处理一些特殊的控制问题.本课题采用ATMEL公司AVR系列单片机ATmega8作为控制芯片,兼顾成本与性能要求,做了以下方面的工作: 首先,在数学模型的基础上对系统动力源——无刷直流电机的特性进行了研究; 其次,根据AVR单片机的特点详细设计了系统的控制策略:将电流检测设计成分流电阻间接测流;将调速系统设计为电流、速度双闭环控制,以保证调速的精度和响应速度,并在软件中分别用PI算法来实现;对于速度的检测采用了“硬件软化”的思想;制定了电机“软起动”控制方案;采用了高性能的驱动集成电路IR2131S来驱动MOSFET组成的全桥逆变电路,驱动形式为单极性PWM调制;将PWM波的发生及系统保护等功能采用主控芯片集中处理,增加了系统的可靠性; 另外,依据控制策略设计了系统软、硬件,并讨论了可靠性设计问题; 最后,改装了试验样车,通过实验室观测及实地运行,验证了系统运行的可靠性。 由此得出结论:本课题设计的基于AVR单片机的电动自行车控制系统具有运行性能良好,可靠性高、升级换代容易的特点,为后续的研究工作提供了一定的基础。
【关键词】：电动自行车 AVR单片机 控制系统 无刷直流电机
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U484
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-19
• 1．1 课题的研究背景及发展状况11-13
• 1．1．1 能源与环境问题11
• 1．1．2 “绿色交通工具”的发展状况11-12
• 1．1．3 电动自行车的发展前景展望12-13
• 1．2 电动自行车的组成部分及其特点13-14
• 1．2．1 电动自行车的组成部分13-14
• 1．2．2 电动自行车的特点14
• 1．3 电动自行车电机的发展14-15
• 1．4 电机控制技术的发展15-17
• 1．4．1 功率半导体器件与驱动电路的发展15-16
• 1．4．2 电机控制器的发展16-17
• 1．4．3 电机控制理论的发展17
• 1．5 电池技术的发展17-18
• 1．6 系统整车技术与能量管理系统的发展18
• 1．7 本论文的主要工作18-19
• 2 关键部件的特性分析19-33
• 2．1 引言19
• 2．2 蓄电池特性分析19-21
• 2．3 电机特性分析21-32
• 2．3．1 稀土永磁无刷直流电机的基本结构和工作原理21-24
• 2．3．2 无刷直流电机的数学模型分析24-26
• 2．3．3 电机的运行特性分析26-31
• 2．3．4 机械特性和调速特性分析31-32
• 2．4 本章小结32-33
• 3 基于AVR单片机的系统控制策略研究33-47
• 3．1 控制系统的整体构成33-34
• 3．2 系统主要控制策略概述34-44
• 3．2．1 位置检测信号处理单元34
• 3．2．2 电流检测信号处理单元34-35
• 3．2．3 电机调速方案35-39
• 3．2．4 速度检测方案39-40
• 3．2．5 起动与换相控制方案40-41
• 3．2．6 蓄电池检测方案41-42
• 3．2．7 驱动、逆变电路控制方案42-43
• 3．2．8 故障检测与系统保护43-44
• 3．3 核心控制器件的选择44-46
• 3．3．1 单片机概述44-45
• 3．3．2 Atmega8特性介绍45-46
• 3．4 本章小结46-47
• 4 系统硬件设计及实现47-58
• 4．1 硬件系统概述47
• 4．2 信号检测电路设计47-51
• 4．2．1 位置检测47-48
• 4．2．2 电流检测48
• 4．2．3 速度检测48-51
• 4．3 三相全桥逆变电路及其功率驱动的设计51-52
• 4．4 PWM波的控制单元52-55
• 4．4．1 PWM信号的产生52-54
• 4．4．2 PWM波的输出控制54-55
• 4．5 速度给定环节55-56
• 4．6 电池电压检测单元56
• 4．7 系统硬件可靠性设计56-57
• 4．7．1 电源与集成芯片去耦56-57
• 4．7．2 隔离技术57
• 4．7．3 电磁兼容设计57
• 4．8 本章小结57-58
• 5 系统软件设计58-66
• 5．1 系统软件设计概述58-59
• 5．2 主程序的设计59-60
• 5．3 各功能模块的设计思想60-64
• 5．3．1 位置检测模块60-61
• 5．3．2 换相控制模块61
• 5．3．3 A/D采样模块61-62
• 5．3．4 双闭环控制模块62-64
• 5．4 软件的可靠性设计64-65
• 5．4．1 采用模块化程序设计方法64-65
• 5．4．2 合理安排中断65
• 5．4．3 程序“跑飞”与“死锁”的解脱65
• 5．5 本章小结65-66
• 6 系统调试与运行分析66-71
• 6．1 系统软、硬件调试66-68
• 6．1．1 霍尔位置传感器位置信号的调试66
• 6．1．2 软件运行环境 ICCAVR66-67
• 6．1．3 模拟调试67-68
• 6．2 系统运行分析68-70
• 6．3 实验结论与建议70
• 6．4 样车实地运行效果70
• 6．5 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-74
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75-76
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书76

【引证文献】

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本文编号：375810