基于PIC单片机的电动自行车控制系统设计

2．2 系统的主要控制电路设计
(1)位置检测与速度检测电路。在无刷直流电机的控制中，磁极位置的测定直接决定了控制效果的好坏。方波电流驱动的无刷直流电机是借助于位置检测信号控制逆变器换流，以达到在电机定子线圈中通以互差120°的方波电流，才能正常运行。本系统的位置信号采样是通过无刷直流电动机本身自带的霍尔元件检测的，由于霍尔元件是集电极开路输出，其输出信号经过上拉电阻得出位置方波信号，再经过隔离电路送到PIC的C口对应引脚进行位置信号的捕捉。
为了使电路尽可能的简单，降低成本，该系统没有专门设置速度检测装置，而是利用转子位置传感器所产生的脉冲信号来反映电机的转速，并通过软件运用算法测速，从而实现转速反馈。
(2)电流检测电路。电流检测是限流驱动的基础，是系统电流环控制的重要环节，该方案采用一个分流电阻间接测流。在直流侧接相应阻值的分流电阻，通过测量电阻的电压，来测量直流回路的电流，这种方案对于A／D转换的精度和软件数据处理有一定要求，但是造价很低。
(3)驱动、逆变电路。该系统采用MOSFET组成逆变器的变换电路。由于半桥逆变器的控制比较复杂，需要6组控制信号，电机三相绕组的工作也相对独立，必须对三相电流分别控制。而全桥逆变器的控制比较简单，只需三组独立控制信号，且任一时刻导通的两相电流相等，只要对其中一相电流进行控制，另外一相电流也得到了控制。因此该方案采用全桥逆变电路来控制各相位的导通，并选取美国国际整流公司推出的MOS功率器件专用的栅极驱动集成电路IR2132S。
(4)电机调速方案。直流无刷电动机可以通过改变电枢电路中的外串电阻或改变加在电动机电枢上的电压调速。其中改变电枢电压调速的方法有稳定性较好、调速范围大的优点。该系统利用开关驱动方式使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制(PWM)控制电动机电枢电压，实现调速。
常用的PID控制算法分为位置式控制算法和增量式控制算法。位置型PI算法的表达式为：

式中：e(t)是输入；u(t)起控制作用；Kp为比例系数；Ti为积分时间常数。
增量型算法表达式为：

该系统电流调节器用PI调节器，速度调节器为改进的PI调节器，且都采用增量式控制算法。对于速度环的控制采用改进的PI算法即积分分离PI算法实现。该算法的表达式为：