基于78F0712的E-BIKE用无刷直流电机控制器的设计

软件控制策略

　　本系统采用速度和电流双闭环的全数字控制，其特点是是调试方便，控制策略改动容易。速度环采用传统的PI控制策略，电流环采用带反电动势补偿的PI控制方案。软件设计采用模块化控制方案，从速度给定和位置采样、速度计算、闭环调节以及其他的各种功能都通过MCU的控制软件实现。系统的软件流程如图6所示。

图6 控制程序框图

　　对电机的控制由软件根据实际速度进行电压和电流的闭环计算后改变PWM输出脉冲的占空比实现。PWM驱动脉冲的频率为20KHz，最大限度的降低了系统的电磁噪声。其中电流环的计算周期为100ms，速度环的计算周期为500ms。其控制原理结构如图7所示。

图7 控制原理结构

样机测试及分析

　　根据系统的要求，采用新日风华6号作为试验样机，其采用的无刷直流电机的各项指标如下：

　　额定电压：48V；  额定功率：240W;
　　额定转矩：6N.m； 额定转速：300rpm；
　　电机效率：≥80%；额定电流：7A。

　　在保证其他系统控制电路不变的情况下更换控制板后的样机如图8所示。

图8  试验样机

　　根据电动自行车的性能要求完成了如下各项功能试验，系统性能也得到了很大的提高。

　　·120o/60o电机切换功能
　　通过更改换相逻辑控制器完成了对两种电机的切换控制。

　　·刹车断电。

　　·电辅刹车和反充电
　　通过软件可以控制刹车力的大小和反充电的电流。

　　·定速巡航功能。

　　·速度和电流闭环
　　进行闭环控制提高了速度跟踪的精度并且减小运行过程中的转矩脉动。

　　·堵转保护
　　在堵转的情况下起到保护功率电路的作用。

　　·欠压保护
　　保护蓄电池以免过放电。

　　·其他一些辅助功能。

　　经过系统试验证明，与当前市场上的E-BIKE相比，该系统已经实现了所有基本的控制功能，并在此基础上增加了速度和电流闭环控制，提高了系统的动态响应性能。

参考文献：

　　1.  μPD78F0712 Datasheet, NEC
　　2.  肖建云，基于C8051F313的新型电动自行车调速控制系统设计，电子产品世界，2008.3,113~114