双模型无刷直流电动机控制器设计与实现

摘要

21世纪以来，我国经济高速发展，城市化进程加快，越来越多的人到城市就业或居住，城市人口急剧增加。随着城市规模的不断扩大，人们对绿色、环保、便捷、低成本出行的需求与日激增，顺应该市场需求而发展起来的电动自行车市场保有量随之不断增大。作为电动自行车的核心控制部件，无刷直流电动机控制器在一级市场销量也随之节节攀升。在二级市场上，为满足电动自行车霍尔元件损坏的电机维修需求，双模型无刷直流电动机控制器更因其有霍尔和无霍尔双模式兼容的特性受到众多电动车使用者的青睐。
　　本文首先介绍了两轮电动自行车及其控制器的发展，从两轮电动自行车用无刷直流电机控制系统的组成、工作原理及控制方法入手，对无刷直流电动机的运行特性进行分析，对有、无位置传感器两种模式无刷直流电动机的启动、换相控制方法进行深入分析。针对市场上电机维修和降低电动自行车整车成本的市场需求，提出了双模型无刷直流电动机控制器的设计需求。
　　然后，在理论分析的基础上，对课题实现系统功能及需求进行分析，针对无位置传感器换相控制及启动的实现，提出了反电动势过零点检测以及零启动控制实现策略。结合课题需实现的功能以及成本要求选用性价比较高的中颖电子公司8位单片机芯片SH79F1611作为主控芯片来实现双模型直流无刷电机控制系统设计。采用反电动势过零点检测法进行无位置传感器换相设计，针对过零检测中硬件实现中心点重构易导致干扰，从而影响正确换相问题，提出了软件重构中心点的方法。本文详细介绍了基于SH79F1611芯片的双模型控制器软、硬件模块的工作原理及流程，并对控制系统的功能及可靠性进行全面测试验证。
　　最终，通过该设计完成了基于SH79F1611的48V双模型无刷直流电动机控制器的系统设计。所设计双模型无刷直流电动机控制器可降低电动自行车总线及无刷直流电动机成本，大大提高无刷直流电动机的可靠性。该设计具备了实用性、经济性和可靠性多方面的优势，在电动自行车整车厂以及售后市场得以广泛应用。

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第一章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 电动自行车发展现状

1.3 电动自行车用电机发展概况

1.4 无刷直流电动机控制器研究现状

1.5本章小结

第二章 无刷直流电动机实现分析

2.1 无刷直流电动机的组成

2.2 无刷直流电动机工作原理

2.3 无刷直流电动机特性分析

2.4 电动自行车用无刷直流电动机控制系统

2.5 本章小结

第三章 系统需求分析及实现策略

3.1 系统需求分析

3.2 系统需实现功能

3.3 控制实现策略

3.4 本章小结

第四章 基于SH79F1611的双模型无刷直流电动机控制器硬件设计

4.1 系统硬件实现

4.2 核心控制部分电路

4.3 系统供电部分电路

4.4 有位置传感器位置检测电路

4.5 无霍尔传感器位置检测电路

4.6 MOS管驱动电路

4.7 过流保护电路设计

4.8 印制板图设计

4.9 本章小结

第五章 基于SH79F1611双模型无刷直流电动机控制器软件设计

5.1 软件任务分析

5.2 软件开发环境

5.3 软件整体结构及主程序设计

5.4 反电动势过零检测与处理程序

5.5 预定位启动程序

5.6 调速程序

5.7 故障检测与指示

5.8 本章小结

第六章 双模型无刷直流电动机控制器调试及测试

6.1 系统调试

6.2 系统测试

6.3 本章小结

第七章 总结及展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献