基于PIC單片機(jī)的電動自行車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．2 系統(tǒng)的主要控制電路設(shè)計(jì)
(1)位置檢測與速度檢測電路。在無刷直流電機(jī)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(qū)動的無刷直流電機(jī)是借助于位置檢測信號控制逆變器換流，以達(dá)到在電機(jī)定子線圈中通以互差120°的方波電流，才能正常運(yùn)行。本系統(tǒng)的位置信號采樣是通過無刷直流電動機(jī)本身自帶的霍爾元件檢測的，由于霍爾元件是集電極開路輸出，其輸出信號經(jīng)過上拉電阻得出位置方波信號，再經(jīng)過隔離電路送到PIC的C口對應(yīng)引腳進(jìn)行位置信號的捕捉。
為了使電路盡可能的簡單，降低成本，該系統(tǒng)沒有專門設(shè)置速度檢測裝置，而是利用轉(zhuǎn)子位置傳感器所產(chǎn)生的脈沖信號來反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并通過軟件運(yùn)用算法測速，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速反饋。
(2)電流檢測電路。電流檢測是限流驅(qū)動的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)電流環(huán)控制的重要環(huán)節(jié)，該方案采用一個(gè)分流電阻間接測流。在直流側(cè)接相應(yīng)阻值的分流電阻，通過測量電阻的電壓，來測量直流回路的電流，這種方案對于A／D轉(zhuǎn)換的精度和軟件數(shù)據(jù)處理有一定要求，但是造價(jià)很低。
(3)驅(qū)動、逆變電路。該系統(tǒng)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(fù)雜，需要6組控制信號，電機(jī)三相繞組的工作也相對獨(dú)立，必須對三相電流分別控制。而全橋逆變器的控制比較簡單，只需三組獨(dú)立控制信號，且任一時(shí)刻導(dǎo)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控制各相位的導(dǎo)通，并選取美國國際整流公司推出的MOS功率器件專用的柵極驅(qū)動集成電路IR2132S。
(4)電機(jī)調(diào)速方案。直流無刷電動機(jī)可以通過改變電樞電路中的外串電阻或改變加在電動機(jī)電樞上的電壓調(diào)速。其中改變電樞電壓調(diào)速的方法有穩(wěn)定性較好、調(diào)速范圍大的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)利用開關(guān)驅(qū)動方式使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制(PWM)控制電動機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)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(dá)式為：

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

該系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器用PI調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器為改進(jìn)的PI調(diào)節(jié)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(xiàn)。該算法的表達(dá)式為：