电动车无刷电机控制器软件设计详解
无刷直流电动机控制器软件设计经验
林
１０ １ ） ３ ０ ２
１０ １ ；２ 长春工业大学 电气与 电子工程学 院，长春 ３０２ ．
摘 要 ：无刷 电动机 已 广泛应用到计算机硬盘、 电动 自行车等领域。以 ＰＣ ６ ７ 作 为电动 自 Ｉ１Ｆ ２ 行 车无刷 电机控制器的软件编程经验为基础研 究了电动 自 车无刷 电机控制器的单 片机控制程序 行 设计方法；分析 了无刷电动机控制器 的采样时间确定方法 ；研 究了电动 自行车调速 的平滑型 问 题 ；分析 了控制器的 Ｐ ＷＭ分辨率及 限流驱动和减小换 向噪声的方法；给 出了堵转保护和 欠压保
ｌ ｓｄ ｅｔ ｕｒｎ ｏｏ ｄｔｅ ｒ ｌｍ ｏ ｅｄａｊｓｎ ａ ｅｎａａ ｚｄ ｎｔｅｅ ｄ ＷＭ ｓ］— ｅ ｉ ｃ ｃ ｒ ｔ ｔ ａ ｏ ｅ ｆ ｐｅ ｄｕｔ ｇｈ ｄｂ ｅ ｌ ｅ ．Ｉ ｎ ，Ｐ ｓ ｒ ｅ ｍ ｒｎ ｈ ｐ ｂ ｓ ｉ ｎ ｙ ｈ ｒ ｏｕ ｅ
部信 号 的采 样 频 率 ，采 样 时 机 ，信 号 内部 处 理 判 断及 结果 处 理 的输 出 ，还 有 一 些 抗 干 扰 等 措 施 。 本 文 根据 开 发 经 验 对 电动 自行 车 无 刷 电机 控 制 器 的程序 设计 进行 了深 入 的研究 。
行车无刷电机控制 器 ，但 随着竞争加 剧 ，很 多厂 商都增加了不少 附加功能 ，如无级 调速、刹 车断 电、限速 、Ｅ Ｓ柔性 电磁刹 车、定 速巡航 、ｌ Ｂ ＋１ 助 力 航 、消 除 换 相 噪 音 、 限 流 驱 动 、过 流 保 护 、 堵转保护、电池欠压保护 、附加 防盗锁 ，附加故 障检测等功能 。这些功能用 硬件来实现就 比较 困 难 ，因此 目前 市 面 上 的 电动 自行 车 用 无 刷 电 机 控 制器都是使用单 片机来 控制 的。但 是硬件控 制和 软件控制有很大 的区别 ：硬件 控制 的反应速 度仅
电动车用无刷直流电机模糊自整定控制器设计
１ 数 学模 型 分析
本文 对 电动机 驱 动 相 关 的 电磁 转 矩 和 转 速 特性 进行 分析 ，以 “ ２ 。 通 型 ” １０ 导 电机 为 例 ，无 刷直 流 电
来 的一种新型 电机… ，无刷直流 电机 因其具有功率 密度大 、体积小 、结构简单 、可靠性高 和易控制等
优点 ，在 电动 自行 车 上 得 到 广 泛 应 用 ，车 用 电机 已 由传 统 直 流 电机 发 展 为 Ｂ Ｄ Ｍ＿ 。但 Ｂ Ｄ Ｍ 具 有 ＬＣ ２ Ｊ ＬＣ
非线 性 、数 学 模 型难 以精 确 建 立 ，采 用 常 规 的 ＰＤ Ｉ
机 的 电磁 转矩 方程 为 ：
Ｔ ＝Ｎ。 ｅｉ ｏ （ａ ＋ｅｉ ｂ ｂ＋ｅｉ） ｔ ｃ ／ｏ （） １
式中，
为 电机 的 电 磁 转 矩 ，Ⅳ。为 电 机 极 对 数 ，
ｅ、ｅ 、ｅ 为 三 相 绕 组 瞬 时 电 势 ，ｉ、ｉ、ｉ 三 相 为 绕组 瞬 时 电流 ， 为 电机转 子角 速度 。
第４ ５卷 第 ３期
２ １ ０ ２芷
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ＭＩ ＣＲＯ Ｍ ＯＴＯ ＲＳ
Ｖｏ． ５． Ｎｏ ３ １４ ． Ｍａ ． ｔ ２０１ ２
３月
电动 车 用 无刷 直 流 电机 模 糊 自整 定 控 制 器 设 计
方
摘
力 ，张建 华
２ １６ ） １１７
Hale Waihona Puke （ 南京工程学 院 自动化学院 ，南京
ｔｍ ａ ｅ ｎ Ｐ Ｃ ｍｉｒ ｃ ｎｒ ｌ ｒ ｓｄ ｓ ｎ ｄ Ｉ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｈ ｅａｌ ｆ ａｄ ｒ ｉ ｕ ｔ ｎ ｏｔ ｒ ｅ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｉ ｃ ｏ ｏ ｔ ｌ ｅ ｉ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．Ｔ ｅ ｄ ｔ ｉ ｏ ｒ ｗａ ｅ ｃｒ ｉ ａ ｄ ｓ ｆ ｏ ｅ ｗａ ｇ ｈ ｃ ｗａｅ ｄ — ｓｇ ｔ ｏ ｓ ｗ ｒ ｉ ｅ ．Ａｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｅ ｓ ｏ ａ ｅ ｏ ｏ ｖ ｎｉ ｎ ｌＰ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｍｂ ｎ ｎ ｉ ｕ ｚ ｏ － ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｅ ｅ ｇｖ ｎ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｈ ｈ ａ ｇ ｆｃ ｎ ｅ ｔ ａ Ｉ ｏ ｔ ， ｏ ｉ ｉ ｇ ｗ ｔ ｆ ｚｙ ｃ ｎ ｏ ｏ ｈ ｔ ｌａ ｄ Ｐ Ｄ ｃ ｎ ｒ １ ｔ ｅ ｓ ｌ ｔ ｎｎ ｆ Ｉ ａ ａ ｔ ｒ ｗａ ｅ ｌ ｅ ｒ ｕ ｈ ｆ ｚ ｙ ｉ ｆｒ ｎ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｎ ｒｌａ． ｒ ｎ Ｉ ｏ ｔｏ ． ｈ ｅ ｆ ｕ ｉ ｇｏ Ｄ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｓｒ ａ ｉ ｄ ｔ ｏ ｇ ｕ ｚ ｎ ｅ ｅ ｃ ． ｈ ｏ ｔ １ ｏ － Ｐ ｚ ｈ ｏ
无刷直流电机控制程序注释
一、无刷直流电机控制程序注释1、初始化程序在无刷直流电机控制程序中，初始化程序是非常重要的一步，它决定了之后的控制程序的正确性和稳定性。
在初始化程序中，首先需要确定电机的转速和转动角度，这两个参数是控制电机运行的基础，如果它们没有正确的设置，那么电机可能会出现抖动或者无法正常工作。
在初始化程序中，还需要确定电机的状态，检测电机的温度、电流和电压，以及检测电机的可用性，确保电机的正常工作。
2、PID控制PID控制是无刷直流电机控制的关键，它的作用是确保电机的转速和转动角度的精确控制。
PID控制的核心是PID参数，这些参数决定了电机的运行状态，如果参数设置不当，可能会导致电机运行不稳定，甚至出现抖动现象。
所以，在设置PID参数时，需要综合考虑电机的特性，以及电机运行环境，以确保电机的稳定性和准确性。
3、电机控制在无刷直流电机控制程序中，电机控制是控制电机的关键，它的作用是根据PID参数的设置，控制电机的转速和转动角度，以确保电机的稳定性和准确性。
在电机控制中，需要实时监测电机的状态，如果出现异常，则需要及时调整PID参数，以保证电机的正常运行。
4、故障处理在无刷直流电机控制程序中，故障处理是非常重要的一步，它能够有效地保证电机的安全性和可靠性。
在故障处理中，需要定期检测电机的状态，如果发现异常，则需要及时采取措施进行故障处理，以确保电机的正常运行。
5、总结无刷直流电机控制程序是一个复杂的系统，它需要精确的控制，才能保证电机的稳定性和可靠性。
在无刷直流电机控制程序中，除了初始化程序外，还包括PID控制、电机控制和故障处理等步骤，这些步骤是控制电机的关键，它们的正确性和稳定性是决定电机运行状态的重要因素。
无刷电机驱动的电动自行车控制系统毕业设计(含PCB图)
毕业设计（论文）题目:无刷电机驱动的电动自行车的控制系统设计专业:数控技术班级:学号:姓名:指导老师:摘要近年来，燃油交通工具因尾气排放问题已造成城市空气的严重污染。
于是发展绿色交通工具已经成为一个重要的课题。
考虑到我国的国情，发展电动自行车具有重要的环保意义。
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。
本文设计采用无刷直流电机专用控制芯片MC33033为控制芯片，以功率器件MOSFET为开关器件驱动电机，实现对无刷直流电机的控制。
设计出了电路原理图、印制板电路图和电路板实物的3维效果图。
关键词：无刷直流电机MC33033 原理图印制板电路图AbstractIn recent years, transportation fuel emission problem has been caused by urban air pollution levels. So the development of green transport has become an important issue. Taking into account China's national conditions, development of electric bicycles has important environmental significance. With the motor technology and continuously improve the performance of power devices, the rapid development of electric bicycle controller. This design uses a brushless DC motor for the control of dedicated control chip MC33033 chip, in order to power MOSFET devices as the switching device drive motor, to achieve control of the electric bike. Design a circuit diagram, PCB circuit diagrams and circuit board real 3-D renderings.Keywords：brushless DC motor MC33033 Schematic PCB circuit目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章引言 (5)1.1课题的研究背景及发展状况 (5)1.1.1当今社会的能源问题 (5)1.1.2无刷直流电机的发展过程 (5)1.1.2无刷直流电机的特点 (6)1.2电动自行车的组成部分 (7)1.3课题研究的内容 (8)第2章电动自行车的主要技术 (9)2.1电动自行车的基本性能 (9)2.2电动自行车的主要技术参数 (10)2.2.1整车主要技术参数 (10)2.2.2蓄电池主要技术参数 (10)2.2.3电动机主要技术参数 (11)2.2.4控制器主要技术参数 (11)2.3电动自行车的电机控制技术 (12)2.4无刷直流电机的结构与原理 (12)2.5无刷直流电机的调速方法 (14)2.6无刷直流电机的位置检测 (15)第3章系统元器件选择 (17)3.1控制芯片MC33033 (17)3.2功率器件MOSFET (20)3.3无刷电机驱动芯片IR2103 (22)3.4闭环无刷电机适配器MC33039 (23)3.5蓄电池的选择 (24)第4章系统电路设计 (27)4.1普通无刷电动机控制电路 (27)4.2主电路设计 (28)4.2.1电源电路设计 (28)4.2.2驱动电路设计 (28)4.2.3刹车电路设计 (29)4.2.4调速电路设计 (30)4.2.5钥匙开关设计 (31)4.2.6整体电路图 (32)第5章印制电路板设计 (34)5.1确定元件封装 (34)5.2生成网络表 (35)5.3印制电路板环境设置 (35)5.4绘制PCB板 (36)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录 1 (41)附录 2 (43)附录 3 (45)第1章引言1.1课题的研究背景及发展状况1.1.1当今社会的能源问题能源是人类社会存在和发展的物质基础。
无刷直流电机控制系统的仿真与分析
无刷直流电机控制系统的仿真与分析一、本文概述随着科技的不断进步和电机技术的快速发展，无刷直流电机（Brushless Direct Current, BLDC）因其高效、低噪音、长寿命等优点，已广泛应用于电动汽车、无人机、家用电器等众多领域。
然而，无刷直流电机的控制系统设计复杂，涉及电子技术、控制理论、电机学等多个学科领域，因此，对其进行深入研究和仿真分析具有重要意义。
本文旨在探讨无刷直流电机控制系统的基本原理、仿真方法以及性能分析。
将简要介绍无刷直流电机的基本结构和控制原理，包括其电机本体、电子换向器、功率电子电路等关键部分。
将详细介绍无刷直流电机控制系统的仿真建模过程，包括电机模型的建立、控制算法的设计以及仿真环境的搭建。
通过对仿真结果的分析，评估无刷直流电机控制系统的性能，包括动态响应、稳态精度、效率等指标，并提出优化建议。
本文的研究不仅有助于深入理解无刷直流电机控制系统的运行机制和性能特点，还可为实际工程应用提供理论支持和指导。
通过仿真分析，可以预测和优化无刷直流电机控制系统的性能，提高系统的稳定性和可靠性，推动无刷直流电机在更多领域的应用和发展。
二、无刷直流电机控制系统基本原理无刷直流电机（Brushless DC Motor, BLDCM）是一种采用电子换向器替代传统机械换向器的直流电机。
其控制系统主要由电机本体、电子换向器（也称为功率电子电路或逆变器）以及控制器三部分组成。
无刷直流电机控制系统的基本原理，就在于如何准确地控制逆变器的开关状态，从而改变电机内部的电流流向，实现电机的连续旋转。
控制器根据电机的运行状态和用户的输入指令，生成适当的控制信号。
这些控制信号是PWM（脉宽调制）信号，用于控制逆变器的开关状态。
逆变器一般由六个功率开关管（如MOSFET或IGBT）组成，分为三组，每组两个开关管串联，然后三组并联在直流电源上。
每组开关管分别对应电机的一个相（A、B、C），通过控制每组开关管的通断，可以改变电机每相的电流大小和方向。
电动自行车无刷控制器电路原理分析
该控制器由CPU（PIC16F72）、2片74HC27（3输入或非门）、1片74HCO4D（反相器）、1片74HCO8D（双输入与门）和1片LM358（双运放）、6只大功率场效应管等组成，功率达350W，是一款比较典型的无刷电动车控制器，具有600和120°驱动模式自动切换功能。
根据实物绘出其电路图，如图所示。
该控制器由CPU（PIC16F72）、2片74HC27（3输入或非门）、1片74HCO4D（反相器）、1片74HCO8D（双输入与门）和1片LM358（双运放）、6只大功率场效应管等组成，功率达350W，是一款比较典型的无刷电动车控制器，具有600和120°驱动模式自动切换功能。
电路组成及工作原理该电路分为电源电路，信号输入与预处理、智能信号处理控制，驱动控制信号功率驱动开关等三部分。
CPU（PIC16F72）单片机是智能处理控制部分的核心。
PIC16F72的引脚功能描述见304页图中所注。
1.电源电路该控制器有三组电源。
第一组是提供总能源的电池。
板子上的电解电容C1（1OOO μF/63V）、C11（1OOμF/63V）及C1O（μF/63V）用于消除由电源线、电路板走线所带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰。
由于是工作在大电流、高频率、高温状态下，对电解电容有损耗角小、耐高温的要求，普通的电解电容容易发热爆裂。
第二组电源提供15V电压，一是给场效应管供电，由于场效应管必须有1OV以上、20V以下的电压才能很好地导通，所以必须有合适的电压为其供电，同时15V电压也为5V 稳压块提供预稳压。
稳压块为LM317，输出15V。
由于LM317的输入输出压差不能超过40V，而输入电压（电池电压）可能高达60V，因此在LM317前面加了一只330Ω/2W的电阻。
第三组电源是5V，稳压块采用LM78LO5，由于78LO5的最大输出电流只有1OOmA，所以并联了两只Ω的电阻R75、R76，以扩流。
基于DSP的直流无刷电机控制器的软件结构设计
基于DSP的直流无刷电机控制器的软件结构设计摘要：直流无刷电机是功率半导体和永磁材料一体化的新型电机，它既具有直流电机优良的调速性能，又具有交流电机结构简单、易于控制、运行效率高、运行可靠、维护方便等一系列优点。
目前，在工业控制领域尤其在调速和伺服领域中得到了越来越广泛的应用。
为了适应这种需要，许多公司开发了控制电机专用的高档单片机和数字信号处理器(DSP)。
现在，通常使用的电机控制器的控制核心部分大都由DSP和大规模可编程逻辑器件组成。
这种方案可以根据不同需要，灵活地设计出性能很好的专用电机控制器。
为此，选用了Freescale公司开发的DSP芯片MC56F8323作为电机控制核心，设计了该直流无刷电机控制器。
关键词：DSP，直流无刷电机，软件设计直流无刷电动机(BLDCM)控制系统是一种新型的调速系统。
该系统具有良好的运行、控制及经济性能，显示出巨大的发展潜力。
本文以无刷直流电动机为控制对象，应用DSP为微处理器进行了无刷直流电动机控制系统的软件设计。
无刷直流电动机控制系统是具有数字化特点的电动机控制系统。
通过数字信号处理器与相关模拟电路的组合，实现对电机控制的数字化处理。
一、直流无刷电机工作原理：直流无刷电机的控制系统主要由永磁无刷直流电机、整流器、逆变器、位置传感器和控制器几部分组成。
相绕组分别与功率MOS管相接．磁极位置传感器跟踪转子与电动机转轴相连接。
无刷直流电动机的工作是通过逆变器功率管按～定的规律导通关断，使电机定子电枢产生按600角度不断前进的磁势，带动电机转子旋转实现的。
逆变器功率管共有6种触发组合状态．每种触发组合状态只有与确定的转子位置相对应。
才能产生最大的平均电磁转矩。
两个磁势向量当其夹角为900时．相互作用力最大。
而电子电枢产生的磁势是以600角度前进，因此在每种触发模式下．转子磁势与定子磁势的夹角在120—600之间变化才能产生最大的平均电磁转矩。
二、直流无刷电机的应用无刷直流电动机在先进国家已大量应用于办公设备、家电业、信息业、军事、手动工具、伺服系统、电动汽车、电瓶车、磁旋浮列车等生产生活的各个领域：(1)无刷直流电机在办公自动化领域的应用。
电动自行车无刷直流电机控制器设计最终版
电动自行车无刷直流电机控制器设计最终版电动自行车无刷直流电机控制器设计最终版2016届毕业生毕业设计说明书题目: 电动自行车无刷直流电机控制器设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动F1205 学生姓名：余现飞学号：201223910823 指导教师：王秀霞教师职称：讲师2016 年5 月21 日摘要近年来社会经济快速发展的同时我们生活的环境也在遭受严重破坏。
随着民众的环境保护意识和资源节约意识不断提高，开发应用一种清洁、节能的新型交通工具已成为社会迫切的需要。
电动自行车的出现有效的解决了这一难题，极大满足了人们的需要，已经成为人们日常短距离出行常用的交通工具。
本文围绕无刷直流电机控制技术方面的问题，主要了解对转子位置检测、PWM脉宽调制和电机控制策略等重要方面的问题，设计一个以PIC16F72单片机为控制核心的的无刷直流控制器，能够实现对电机基本的控制功能。
设计采用PIC16F72单片机作为控制系统的控制单元，采用IR2130驱动芯片为晶体管桥式电路提供驱动信号，实现对电机运行状态的有效控制。
该系统通过利用反电动势过零点法获取的转子位置信号输入到控制芯片，然后对输入的信号进行数据处理而后输入到驱动芯片来改变驱动电路中MOSFET管的导通顺序，进而实现对无刷直流电机的转速和正反转的控制。
通过欠压和过电流保护电路的设计实现对控制芯片和驱动芯片的保护，使系统能够可靠稳定的运行。
关键词：无刷直流电机；控制系统；IR2130；PIC16F72 Title Design of Brushless DC Motor Controller for Electric Bicycle Abstract In recent years, the rapid development of social economy at the same time our living environment has also suffered serious damage. With the people s awareness of environmental protection and resource conservation, the development and application of a new type of clean and energy saving vehicle has become an urgent need of the society. The emergence of electric bicycles effectively solve this problem, greatly meet the needs of people, has become a common means of transportation for people s daily short distance travel. This paper focuses on the technical aspects of the brushless DC motor control, mainly to understand the important aspects of the rotor position detection,pulse width modulation (PWM) and motor control strategy, design a PIC16F72 MCU as the control core of the brushless DC controller to realization of electric machine the basic control function. PIC16F72 microcontroller is used as the control unit of the control system, and the IR2130 driver chip is used to provide the driving signal for the transistor bridge circuit to realize the effective control of the motor running state. The system by using the back EMF zero method to obtain the rotor position signal input to the control chip, and the input signal of data processing which is then input to the driver chip to change the driving circuit of MOSFET conduction sequence and then realize to turn Hayawa Masa inversion of control of Brushless DC motor. Through the design of under voltage and over current protection circuit, the protection of the control chip and the drive chip can be realized, so that the system can run reliably and stably. Keywords:Bushless DC motor；Control system；IR2130；PIC16F72 目次1绪论1 1.1无刷直流电机的发展概况和趋势1 1.2课题研究的目的和意义1 1.3设计的要求与内容1 2硬件器件的选择3 2.1整体硬件结构图3 2.2 电机本机的选择3 2.3主控芯片的选择4 2.4驱动芯片的选择5 2.5转子位置检测方法的选择6 3硬件电路设计7 3.1电源电路模块7 3.2驱动电路模块7 3.3电流检测模块8 3.4转子位置检测电路模块9 3.5欠压检测电路模块10 3.6速度控制电路模块10 3.7刹车电路模块11 3.8单片机最小系统12 4 软件设计13 4.1主程序13 4.2定子绕组换相子程序14 结论15 致谢16 参考文献17 附录18 IV 1绪论 1.1无刷直流电机的发展概况和趋势19世纪40年代有刷直流电动机诞生，在相当长的一个阶段内凭借它优秀的线性机械特性、调速范围宽、较大的启动转矩等特点在诞生以来在电动车驱动装置中占据着主导地位，但普通的直流电动机存在换向时电刷和换向器的强迫性接触造成电机运行不稳定，可靠性差，经常需要定期维护和保养，而且电刷和换向器接触时会产生火花和噪音等缺点大大限制了其应用范围。
电动车无刷直流驱动电机的控制系统设计
·29·4电动车无刷直流驱动电机的控制系统设计刘 川 李 波武汉理工大学（430070）Design of Control System on Brushless DC Motor for ElectromobileLiu Chuan Li BoWuhan University of Technology1 无刷直流电机控制原理无刷直流电机的控制原理如图1所示。
逆变器采用120°导通规则，每个管子导通120°电角度，相邻功率管互差60°电角度开通，任一时刻只有两相绕组通电。
摘 要：以无刷电机为驱动电机的电动车控制系统以TMS320F2812 DSP 为控制电路核心，以DSP 采集比较电平及电机霍尔反馈信号，并采用模糊PID 为控制算法，通过软件编程PWM 信号，输出三相六路控制无刷直流电动机。
主要介绍该系统的硬件结构及软件流程，从而提供一个高性能、易操作且性能稳定的电动车无刷直流驱动电机控制器。
关键词：电动车 无刷直流电机 DSP 模糊PIDAbstract: This article introduces brushless motor as the drive motor of electromobile ．This system is taking the TMS320F2812 DSP as the core control circuit ，the fuzzy-PID control method is used in the speed loop ．The controller system can realize the precision control of moving position and velocity ．The hardware and the software flow of the system are presented in detail ． Keywords: Electromobile Brushless DC motor DSP Fuzzy-PID电动车具有零排放、低噪声等优点，而无刷直流电动机以其控制简单、可靠性高、输出转矩大等优点，被广泛地用作电动车驱动电机。
电动车用无刷直流电机模糊自整定控制器设计
图 3 模糊 PID 控制阶跃响应
图 4 kp ki kd 的自整定过程
传统 PID 控制，难以获得好的控制效果，同时 三个参数也不易确定，但采用模糊自整定 PID 控制 器对参数自整定，可以取得良好控制效果。从系统 的响应性能可看出系统具有良好的快速性和稳态精 度，且抗干扰能力强，是一种较好的控制方案。
PS / NS / NB PS / NS / NS ZO / ZO / NS NS / PS / NS NS / PS / ZO NM / PM / PS NM / PM / PS
PM
ZO / ZO / NM ZO / ZO / NS NS / PS / NS NM / PM / NS NM / PM / ZO NM / PB / PS NB / PB / PS
绕组瞬时电流，ω 为电机转子角速度。
在理想情况下，由于任何时刻定子绕组只有两
相导通，则电磁功率又可表示为：
Pe = Np（ eaia + ebib + ecic） = 2iNpEm （ 2）
式中，Em 为每相反电动势，i 为逆变器直流侧电流，
则电磁转矩又可表示为：
Tem = Pe / ωr = 2iNpEm / ω
（ 3）
考虑到定子每相绕组的反电动势正比于转子角
速度，即：
收稿日期： 2011-06-03，修回日期： 2011-11-15 基金项目： 南京工程学院校基金项目（ KXJ08110） ； 江苏省高校自然科学基金项目（ 09KJB460005） 。 作者简介： 方 力（ 1972） ，男，硕士，讲师，研究方向为智能控制。
= ω（ s） /u（ s）
=
KT
（ R' + L'S） （ L + BS）
电动车无刷马达控制器硬件电路详解软件设计详解
电动车无刷马达控制器硬件电路详解/软件设计详解作者:谢渊斌原作发表在《电子报2007年合订本》下册版权保留，转帖请注明出处硬件电路详解电动车无刷电机是目前最普及的电动车用动力源，无刷电机以其相对有刷电机长寿，免维护的特点得到广泛应用，然而由于其使用直流电而无换向用的电刷，其换向控制相对有刷电机要复杂许多，同时由于电动车负载极不稳定，又使用电池作电源，因此控制器自身的保护及对电机，电源的保护均对控制器提出更多要求。
自电动车用无刷电动机问世以来，其控制器发展分两个阶段：第一阶段为使用专用无刷电动机控制芯片为主组成的纯硬件电路控制器，这种电路较为简单，其中控制芯片的代表是摩托罗拉的MC33035,这个不是这里的主题，所以也不作深入介绍。
第二阶段是以MCU为主的控制芯片。
这是这篇文章介绍的重点，在MCR版本的设计中，揉和了模拟、数字、大功率MOSFET驱动等等许多重要应用，结合MCU智能化控制，是一个非常有启迪性的设计。
今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心，350W的整机电路为例,整机电路如图1：图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂，我们将其简化成框图再看看：图2:电路框图电路大体上可以分成五部分：一、电源稳压，供应部分；二、信号输入与预处理部分；三、智能信号处理，控制部分；四、驱动控制信号预处理部分；五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分：PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分，因为其他电路都是为其服务或被其控制，弄清楚这部分，其它电路就比较容易明白。
图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源：该单片机有28个引脚，去掉电源、复位、振荡器等，共有22个可复用的IO口，其中第13脚是CCP1输出口，可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号，另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口，可提供检测外部电路的电压，一个外部中断输入脚，可处理突发事件。
电动车无刷电机控制器软件设计详解
电动车无刷电机控制器软件设计详解作者:谢渊斌原作发表在《电子报2007年合订本》下册版权保留，转帖请注明出处本文以MICROCHIP公司所生产的PIC16F72为基础说明软件编程方面所涉及的要点，此文所涉及的源程序均以PIC的汇编语言为例。
由于软件不可避免需与硬件相结合，所以此文可能出现硬件电路图或示意图。
本文适合在单片机编程方面有一定经验的读者，有些基础知识恕不一一介绍。
我们先列一下电动车无刷马达控制器的基本要求：功能性要求：1.电子换相2.无级调速3.刹车断电4.附加功能a.限速b.1+1助力c.EBS柔性电磁刹车d.定速巡航e.其它功能(消除换相噪音，倒车等)安全性要求：1.限流驱动2.过流保护3.堵转保护3.电池欠压保护4.节能和降低温升5.附加功能(防盗锁死，温升限制等)6.附加故障检测功能从上面的要求来看，功能性要求和安全性要求的前三项用专用的无刷马达驱动芯片加上适当的外围电路均不难解决，代表芯片是摩托罗拉的MC33035，早期的控制器方案均用该集成块解决。
但后来随着竞争加剧，很多厂商都增加了不少附加功能，一些附加功能用硬件来实现就比较困难，所以使用单片机来做控制的控制器迅速取代了硬件电路芯片。
但是硬件控制和软件控制有很大的区别，硬件控制的反应速度仅仅受限于逻辑门的开关速度，而软件的运行则需要时间。
要使软件跟得上电机控制的需求，就必须要求软件在最短的时间内能够正确处理换相，电流限制等各种复杂动作，这就涉及到一个对外部信号的采样频率，采样时机，信号的内部处理判断及处理结果的输出，还有一些抗干扰措施等，这些都是软件设计中需要再三仔细考虑的东西。
PIC16F72是一款哈佛结构，精简指令集的MCU，由于其数据总线和指令总线分开，总共35条单字指令，0-20M的时钟速度，所以其运算速度和抗干扰性能都非常出色，2K 字长的FLASH程序空间，22个可用的IO 口，同时又附加了3个定时/计数器，5个8位AD口，1个比较/捕捉/脉宽调制器，8个中断源，这些优异的性能为电动车控制器控制提供了良好的硬件环境和软件基础，一经推出就赢得众多设计人员的热捧。
电动摩托车无刷直流电动机智能控制器设计
度 和反 馈速度 ｎ的误 差 ｅ和误差 变化 率 ｅ 。 作 为
输入 变 量 ， 输 出变 量 、 Ｋ 作为 Ｐ Ｉ 控制 器 的输 入 。
根据 电机 的运行 特性建 立模糊 规则 表 ：
收稿 日期： ２ ０ １ ３ － ０ ３ － １ ４
（ １ ） 在 电机 起 动 或 加减 速 阶段 ， 误差 ｌ ｅ ｌ 较大 ， 为 了加 快起 动 速 度 ， 取较 大 的值 ； 为 了避 免 超 调
Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎｔ Ｃｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ Ｂｒ ｕｓ ｈ ｌ ｅ ｓ ｓ ＤＣ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ
ＨＵ Ａ ＮＧ Ｈａ ｉ — ｂ ｏ， ＭＥ Ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ － ｗｅ ｉ ， Ｌ Ａ Ｎ Ｊ ｉ ａБайду номын сангаасｎ － ｐ ｉ ｎ ｇ， Ｚ Ｈ Ａ ＮＧ Ｋａ ｉ
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儆持电棚 ２ ０ １ ３ 年 第 ４ １ 卷 第 ２ 期 黄 海 波， 等 … － 二 … … … … … … … … … … … … …
电动摩 托 车无 刷 直 流 电动 机 智 能控 制器 设 计
取 较 大 的
（ ） ＝ ｋ ｐ ｅ （ ｋ ） ＋ 眺Ｊ ∑ｅ （ ） Ｔ ＝ ０
这里 ， 为采 样 时 间 ， 也 是 电 流 调 节 的计 算 周 期 。卢是 积分 项 的开关 系数 ， 当ｌ ｅ （ ） ｌ ≤ 时 ， 卢＝１ ，
电动车控制器原理及编程
电动车控制器原理及编程控制器无刷控制器硬件电路详解电动车无刷电机是目前最普及的电动车用动力源，无刷电机以其相对有刷电机长寿，免维护的特点得到广泛应用，然而由于其使用直流电而无换向用的电刷，其换向控制相对有刷电机要复杂许多，同时由于电动车负载极不稳定，又使用电池作电源，因此控制器自身的保护及对电机，电源的保护均对控制器提出更多要求。
自电动车用无刷电动机问世以来，其控制器发展分两个阶段：第一阶段为使用专用无刷电动机控制芯片为主组成的纯硬件电路控制器，这种电路较为简单，其中控制芯片的代表是摩托罗拉的MC33035,这个不是这里的主题，所以也不作深入介绍。
第二阶段是以MCU为主的控制芯片。
这是这篇文章介绍的重点，在MCR 版本的设计中，揉和了模拟、数字、大功率MOSFET驱动等等许多重要应用，结合MCU智能化控制，是一个非常有启迪性的设计。
今以应用最广泛的以PIC16F72为智能控制中心，350W的整机电路为例,整机电路如图1：图1:350W整机电路图整机电路看起来很复杂，我们将其简化成框图再看看：图2:电路框图电路大体上可以分成五部分：一、电源稳压，供应部分；二、信号输入与预处理部分；三、智能信号处理，控制部分；四、驱动控制信号预处理部分；五、功率驱动开关部分。
下面我们先来看看此电路最核心的部分：PIC16F72组成的单片机智能处理、控制部分，因为其他电路都是为其服务或被其控制，弄清楚这部分，其它电路就比较容易明白。
图3:PIC16F72在控制器中的各引脚应用图我们先来简单介绍一下PIC16F72的外部资源：该单片机有28个引脚，去掉电源、复位、振荡器等，共有22个可复用的IO口，其中第13脚是CCP1输出口，可输出最大分辨率达10BIT的可调PWM信号，另有AN0-AN4共5路AD模数转换输入口，可提供检测外部电路的电压，一个外部中断输入脚，可处理突发事件。
内部软件资源我们在软件部分讲解，这里并不需要很关心。
无刷直流电动机程序的设计说明
无刷直流电动机程序的设计说明无刷直流电动机（BLDC）是一种通过控制器来驱动转子的永磁电机，它具有高效率、高功率密度、高可靠性和低噪音等优点，被广泛应用于工业和消费电子设备中。
本设计说明将详细介绍BLDC电机程序的设计原则、功能模块和实现方法。
一、设计原则1.确定需求：在进行BLDC电机程序的设计之前，需要明确电机的工作特性、效率要求、控制精度和稳定性等需求。
2.选择算法：根据需求和使用场景选择合适的控制算法，常用的算法有基于电流控制的直接转矩控制（DTC）、感应电动机控制（IMC）和速度控制算法等。
3.硬件平台：选择合适的硬件平台实现BLDC电机的控制，包括控制器、电源和传感器等。
4.软件开发：根据硬件平台的特性，选择合适的开发工具和编程语言进行程序开发。
5.调试和测试：进行程序的调试和测试，优化程序性能和控制精度。
6.部署和维护：最终将程序部署到目标平台上，对电机进行稳定长期的运行和维护。
二、功能模块BLDC电机程序主要包括下述功能模块：1.传感器接口模块：负责与传感器进行通信，并读取电机运行过程中的实时参数，如转子位置、转速和电流等。
2. 转子位置估计模块：通过读取传感器的数据来估计转子的位置，可以采用霍尔传感器、编码器或者反电动势（back EMF）等方法进行位置估计。
3.控制算法模块：根据转子的位置和转速，使用相应的控制算法来生成转矩控制信号，控制电机的运行。
4.功率控制模块：根据控制信号，控制功率器件（如MOSFET）的开关状态，实现电机的正反转和转矩调节等功能。
5.保护模块：监测电机运行过程中的电流、温度和电压等参数，当参数异常时，进行相应的保护动作，以防止电机损坏。
6.通信接口模块：与上层控制系统进行通信，接受控制指令和返回电机运行状态等信息。
三、实现方法BLDC电机程序的实现方法如下：1.使用C/C++等高级编程语言编写程序，根据目标硬件平台的特性进行代码的优化和适配。
2.将功能模块划分为不同的函数或模块，使用模块化的方式进行程序开发，提高代码的可读性和可维护性。
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电动车无刷电机控制器软件设计详解作者:谢渊斌原作发表在《电子报2007年合订本》下册版权保留，转帖请注明出处本文以MICROCHIP公司所生产的PIC16F72为基础说明软件编程方面所涉及的要点，此文所涉及的源程序均以PIC的汇编语言为例。
由于软件不可避免需与硬件相结合，所以此文可能出现硬件电路图或示意图。
本文适合在单片机编程方面有一定经验的读者，有些基础知识恕不一一介绍。
我们先列一下电动车无刷马达控制器的基本要求：功能性要求：1.电子换相2.无级调速3.刹车断电4.附加功能a.限速b.1+1助力c.EBS柔性电磁刹车d.定速巡航e.其它功能(消除换相噪音，倒车等)安全性要求：1.限流驱动2.过流保护3.堵转保护3.电池欠压保护4.节能和降低温升5.附加功能(防盗锁死，温升限制等)6.附加故障检测功能从上面的要求来看，功能性要求和安全性要求的前三项用专用的无刷马达驱动芯片加上适当的外围电路均不难解决，代表芯片是摩托罗拉的MC33035，早期的控制器方案均用该集成块解决。
但后来随着竞争加剧，很多厂商都增加了不少附加功能，一些附加功能用硬件来实现就比较困难，所以使用单片机来做控制的控制器迅速取代了硬件电路芯片。
但是硬件控制和软件控制有很大的区别，硬件控制的反应速度仅仅受限于逻辑门的开关速度，而软件的运行则需要时间。
要使软件跟得上电机控制的需求，就必须要求软件在最短的时间内能够正确处理换相，电流限制等各种复杂动作，这就涉及到一个对外部信号的采样频率，采样时机，信号的内部处理判断及处理结果的输出，还有一些抗干扰措施等，这些都是软件设计中需要再三仔细考虑的东西。
PIC16F72是一款哈佛结构，精简指令集的MCU，由于其数据总线和指令总线分开，总共35条单字指令，0-20M的时钟速度，所以其运算速度和抗干扰性能都非常出色，2K 字长的FLASH程序空间，22个可用的IO 口，同时又附加了3个定时/计数器，5个8位AD口，1个比较/捕捉/脉宽调制器，8个中断源，这些优异的性能为电动车控制器控制提供了良好的硬件环境和软件基础，一经推出就赢得众多设计人员的热捧。
那么如何使用PIC16F72来设计一个电动车控制器呢？我们下面以目前市面流行的硬件设计为基础，尽量通俗易懂地介绍一下程序设计思路和注意点。
要使无刷电机转起来，并且听从驾驶者的调速、刹车等基本指挥，最基本的要求就是要实现硬件所能实现的电子换向和调速，刹车等功能。
实际上软件的整体设计也和硬件一样，也是一个模块化堆砌的过程，问题在于模块的合理化堆砌，使堆砌后形成的整体能够坚固，协调、高效率运作。
我们先说一说各种模块功能的简单实现，然后再来讨论如何使这些模块协调运转。
1.首先说说电子换相模块我们知道，直流永磁电机在运转时需要一对电刷和与线圈相对应的换向整流子来使线圈中的电流方向根据磁场方向来不断改变，从而转子持续向一个方向运转，我们称这种电机为有刷电机，在电动车刚刚面世时一般均使用这种电机，但有刷电机有一个致命的缺陷，就是用作电刷的碳刷非常容易磨损，换向整流子也非常容易被油污，碳刷碎屑填满空隙而漏电，而且功率越大，这种毛病越严重，导致有刷电机维护量和故障率急剧上升，严重影响其推广，因此在较大功率的场合，无刷电机应运而生。
无刷电机，顾名思义就是没有了电刷，不能自动换向，因此要依靠传感器检测转子的位置、用电子开关来改变线圈中电流的方向，所以其控制器要对转子永磁体位置进行精确检测，并用电子开关切换不同绕组通电以获得持续向前的动力。
转子位置检测传感器有很多，比如光传感器，磁感应传感器等，电子开关可以用大功率三极管、功率型场效应管、IGBT等制作，在目前的绝大多数电动车三相无刷电机中均使用三个开关式的霍尔传感器检测永磁体相对于定子线圈的位置，控制器跟据三个霍尔传感器输出的六种不同信号输出相应的控制信号驱动功率型场效应管（MOSFET）组成的电子开关向马达供电。
这就是所谓六步换相法。
从电机原理可以看出，这种电机是一种特殊的同步电机，因此换相必须及时，否则会导致电机失步，从而使电机噪音增大，效率降低，严重的还会导致控制器，电机烧毁。
鉴于以上要求，我们先必须测一下市面上普通的无刷马达在最高转速时(考虑到顺风和下坡的情况)的换向情况，这个比较简单，用示波器测量之后得到在最高速时每相霍尔传感器输出的频率大概在140HZ左右，折合到换向的最小时间，那么应该是 1.2mS 左右换相一次，根据际的使用效果，软件的反应时间必须在0.12mS左右，也就是说在检测到换相信号的改变并且输出换相驱动信号时的过程必须在0.1-0.2mS之内完成。
另一个需要考虑的是，电机驱动是一个大电流驱动，又是一个电感性负载，控制器在运行时不可避免有干扰引入，因此除了在硬件布局，布线上注意外，软件上也要做相应的抗干扰措施以避免错误的换向动作。
考虑到输入到单片机的换相信号容易受干扰，加上线路上滤波电容的影响，单片机程序在读取换相信号时应至少连续读取3次，以3次信号完全一致时才采用该值作为换相信号的真值，如果其中一次不对，那么干脆就重新再读3次，这就是一个有抗干扰措施的鉴相过程。
取得换相信号后，我们将其与上次读到的值做对比，如果相同，则表示没有换相，如果不同，则要跟据这个值去取得一个相对应的驱动信号，从而驱动电子开关动作。
这个过程可以使用逐项比较法，查表法等来实现。
鉴于查表法比较快捷，一般使用查表法。
其中需要考虑的是，一旦获得的信号与所有的六个信号都不相同，可能表示电机中霍尔元件或者其连接线路出现故障，此时我们应该让电机断电以避免误操作。
市面上有两种电机，即所谓的120°和60°霍尔信号，这个角度代表三个霍尔器件输出的三相电信号其相位角相差的角度，其实这里面的区别仅仅是电平的不一样，在马达内部的安装上，位置没什么不同，只是中间一相的相位相反，所以仍然是六种信号对应六种驱动，软件上将表稍作调整即可。
需要提一下的是，在120°的霍尔信号中，不可能出现二进制0B000和0B111的编码，所以在一定程度上避免了因霍尔零件故障而导致的误操作。
因为霍尔元件是开路输出，高电平依靠电路上的上拉电阻提供，一旦霍尔零件断电，霍尔信号输出就是0B111。
一旦霍尔零件短路，霍尔信号输出就是0B000，而60°的霍尔信号在正常工作时这两种信号均会出现，所以一定程度上影响了软件判断故障的准确率。
目前市面马达已经逐渐舍弃60°相位的霍尔排列。
编程提示：在程序上，我们综合考虑单片机的处理速度，采用定时中断去检测相位变化，中断周期采用128μS，中断源可使用TMR0，或者PWM本身的TMR2中断。
在同一个中断中，我们还将安排其它更重要的工作，这个在后面的电流控制中再说明。
编程技巧：从硬件电路图中我们看到，位置霍尔信号在PORTC口的RC4、RC5、RC6三个口输入，以120°相位为例，如果直接读出来，对应十六进制值是0X10-0X60，考虑到霍尔出错的可能，那么对应的值是0X00-0X70，显然这个值对今后的查表处理造成非常大的麻烦，我们不可能去弄一个0X70这么大的表格而其中只放仅仅8个元素，所以有必要考虑编程时的优化，且看下面一个例程：读取相位值的例程：READHALL:SWAPF PORTC,W ;将PORTC的高，低半字节交换后读至WANDLW 0X07 ;屏蔽掉不必要的位，MOVWF HALLTEMP ;存人暂存器SWAPF PORTC,W ;再次读ANDLW 0X07SUBWF HALLTEMP,W ;与旧值比较BTFSS STATUS,ZGOTO READHALL ;如果与第一次读取的不一样，则从头再来SWAPF PORTC,W ;第三次读ANDLW 0X07SUBWF HALLTEMP,W ;再次比较BTFSS STATUS,ZGOTO READHALL ;不一样则从头再来RETURN ;三次读取值一致，返回。
这个程序中，最关键是SWAPF PORTC,W这句，这句语句一方面读取了霍尔值，另一方面与下句语句结合还将此值变为0-7的最小值，这样使得我们后面的查表只需要8个空间的元素。
以上程序，也有人认为有可能会导致程序陷入死循环，但不必担心，因为要导致这个程序进入死循环的信号频率必须非常高，有兴趣的读者可计算一下。
有了上面的霍尔读取程序，我们下面的查表读取相应驱动值就会变的比较方便，但查表也有很多种，在PIC16F72中，查表可以用RETLW在程序空间查，也可以用专用的读取FLASH空间的指令去读，考虑到我们这个表格一共只有8个元素，我们可以将器放在内存寄存器中，利用用FSR去读取表内容。
这样做有好处，就是查表时不用去考虑查表偏移量造成程序计数器溢出，另一方面是120°和60°可以使用同一个表格而不用切换。
这个表格，我们可以放在寄存器空间不太方便使用的BANK1，在程序初始化时预先写入正确的换向对应值。
这个程序在时间上并不比其它两种查表法显得快多少，而且程序空间也不节省，在这里只是作为一个方法示例，可以让我们看到实现同一个功能可以走不同的路。
使用内存查表法的驱动值获取例程：;HALLSTART EQU 0XA1 ;定义霍尔-驱动表格的起始地址在BANK1的0XA1开始处;HALL_DRIVER: ;由霍尔值取得对应驱动值的内存查表例程MOVF HALLTEMP,W ;取得HALL的真值ADDLW HALLSTART ;加上表格的起始地址MOVWF FSR ;放到间接读内存的指针中。
MOVF INDF,W ;读出驱动值MOVWF PORTB ;不管返回值如何，先写入驱动端口，SUBLW STOP_D ;与电机停止值相比较，BTFSC STATUS,ZGOTO HALL_ERR ;如果获得停止电机值，那么表示霍尔信号有问题RETURN无级调速模块部分：由于使用直流电源，电机的速度得依靠调节加在电机两端的电压来调整，较简单的办法是使用PWM脉宽调制来调节加到电机两端的电压。
PWM的工作周期根据电机的使用环境，采用64μS，折算成频率大约15.625KHz，频率太低了会产生人耳能明显感觉到的高频噪声，电流也不容易控制;太高了又增加电子开关的开关损耗；PWM脉冲的宽度是调节加到电机两端有效电压高低的手段，直接影响到电机的输出功率，我们可以根据手柄输出的电压决定最终应该分配给电机多高的电压。
手柄电压检测比较简单，人对速度的感觉很迟钝，所以手柄的检测不需要很频繁，这个AD检测与电源电压AD等检测均不需要很快的速度，所以每隔10mS-50mS轮番检测一次便足够，AD的检测在定时中断中做，而结果则放在中断外做，这样不会占用中断太多的时间。