无刷直流轮毂电机控制器设计
摘要
本文主要针对四轮独立驱动电动汽车所用电机需调速好可靠性高的特点，设计一款基于PIC18及MC33035为核心的无刷直流电机控制器。
本文阐述了无刷直流电机的结构与工作原理，介绍了无刷直流电机的调速方法以及其驱动电路。简要介绍了MC33035芯片、单片机AT89C2051和处理器TMS320F2812，通过三者之间的对比，说明选择MC33035作为主控芯片的优越性。
在该控制器中,MC33035负责电机本身控制，PIC18F4520负责外围电路和控制算法的实现，IR2130作为驱动电路主控芯片，功率模块选择场效应管P75NF75。最后通过实验测试得控制器不仅具有调速性能好、稳定性高和响应速度快的特点，而且开发成本低，具有广泛的应用价值。
关键词：无刷直流电机；控制器；MC33035；电动汽车
THE CONTROLLER DESIGN WITH BRUSHLESS DC IN-WHEEL
MOTER
ABSTRACT
In allusion to the motor characteristics of fast regulating speed and high dependability and high dependability used for electric car with four-wheel independent drive,the paper designs a kind of brushless dc motor controller based on the cores of PIC18 and MC33035.
This paper described the structure and working principle of brushless DC motors, introduced the speed control method and drive circuit of brushless DC motor.meanwhile the paper introduced the MC33035 chip, MCU AT89C2051 and processor TMS320F2812, described why selected MC33035 chip as controller cores by comparison between the three.
In this controller,MC33035 is responsible for controlling the motor itself,PIC18F4520 responsible for peripheral circuitry and the achievement of control algorithms,IR2130 is responsible for drive circuit and the power module selects FET P75NF75.Finally,the experimental results reveals that the controller not only have characteristics of fine speed control performance,high stability and fast response speed,but also provided with low cost and extensive application value.
Key words: Brushless dc motor; Controller; MC33035; Electric vehicle
目录
1 绪论 (1)
1.1 课题研究的目的和意义 (1)
1.2 电动汽车在国内的发展状况......................... 错误！未定义书签。
1.3 电动车的发展趋势................................. 错误！未定义书签。
1.4 轮毂电机技术..................................... 错误！未定义书签。
1.4.1 轮毂电机技术的优点 ......................... 错误！未定义书签。
1.5 主要研究内容和结构安排........................... 错误！未定义书签。
2 无刷直流轮毂电机结构和工作原理 ........................ 错误！未定义书签。
2.1 无刷直流轮毂电机的结构........................... 错误！未定义书签。
2.1.1 位置传感器 ................................. 错误！未定义书签。
2.2 无刷直流轮毂电机的工作原理....................... 错误！未定义书签。
2.3 无刷直流轮毂电机的调速方式....................... 错误！未定义书签。
2.3.1 调压调速 ................................... 错误！未定义书签。
2.3.2 调磁调速 ................................... 错误！未定义书签。
3 无刷直流电机控制方案研究 .............................. 错误！未定义书签。
3.1 无刷直流电机驱动电路拓扑结构..................... 错误！未定义书签。
3.1.1 半桥式 ..................................... 错误！未定义书签。
3.1.2 全桥式 ..................................... 错误！未定义书签。
3.2 无刷直流电机控制芯片的选择....................... 错误！未定义书签。
3.2.1 MC33035芯片............................... 错误！未定义书签。
3.2.2 AT89C2051芯片............................. 错误！未定义书签。
3.2.3 TMS320F2812芯片........................... 错误！未定义书签。
3.2.4 选择MC33035主控芯片的优点................ 错误！未定义书签。
3.3 无刷直流电机控制方案............................. 错误！未定义书签。
4 无刷直流电机控制器设计 ................................ 错误！未定义书签。
4.1 控制器功能设计................................... 错误！未定义书签。
4.1.1 检测功能 ................................... 错误！未定义书签。
4.1.2 驱动功能 ................................... 错误！未定义书签。
4.1.3 控制转速 ................................... 错误！未定义书签。
4.2 电路设计......................................... 错误！未定义书签。
4.2.1 驱动电路设计 ............................... 错误！未定义书签。
4.2.2 控制电路电路设计 ........................... 错误！未定义书签。
4.2.3 信号检测电路设计 ........................... 错误！未定义书签。
4.2.4 基于PIC18的通讯电路设计................... 错误！未定义书签。
4.2.5 电源电路设计 ............................... 错误！未定义书签。
5 PID控制算法........................................... 错误！未定义书签。
5.1 传统PID控制算法................................. 错误！未定义书签。
5.1.1 模拟PID控制算法........................... 错误！未定义书签。
5.1.2 数字式PID控制算法......................... 错误！未定义书签。
5.2 改进后的PID控制算法............................. 错误！未定义书签。
6 总结和展望 ............................................ 错误！未定义书签。
6.1 总结............................................. 错误！未定义书签。
6.2 展望 (1)
参考文献 (1)
致谢 .................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
6.2 展望
本设计针对无刷直流电机控制器做出了一个详细的设计，且有了一定的研究。最后通过实验验证表明，所设计的无刷直流电机控制器运行稳定、可靠、响应速度快的设计要求，所以说，该方案具有一定的使用价值。
但是，还是需要有很多问题要进一步进行研究，以保证电机控制器的各部分功能更加完善，主要包括以下内容：
（1）还要对控制器各方面的可靠性、兼容性等进行更严格的检测。以保证该控制器能够更稳定的工作。
（2）对控制器的电路设计优化。
（3）需要对无刷直流电机的各种故障进行检测以及诊断，能够保证无刷直流电机在出现故障的时候能够提出警示。
参考文献
[1]孙重祥，曾志斌.电动汽车的基本知识[J]．实用汽车技术，2006，（2）：7-8.
[2] 杨养户.电动汽车轮毂电机技术[J].汽车维修，2012.3,（3）：12-15.
[3] 褚文强,辜承.国内外轮毂电机应用概况和发展趋势[J]．微电机,2007.
[4] 柏成立.ZW N系列无刷直流电机设计的研究[D].硕士学位论文，上海大学，2006.5.
[5] 王晓明.电动机的单片机控制[M].北京：北京航空航天出版社，2007.
[6] 盖齐琳.轮毂电动机控制器研究[D].硕士学位论文，大连理工大学，2005.5:18-20.
[7] 吴影生.永磁无刷直流电机起动发电系统研究[D].硕士学位论文，东南大学，
2004.12.
[8] 陈诚.基于PSoC的无刷直流电机控制器研究[D].硕士学位论文，天津大学，
2007.08.
[9] 陈明计.嵌入式实时操作系统small RTOS51原理及应用[M].北京：北京航空航天
大学出版社，2004.7.
[10] 李翔.基于DSP的无刷直流电机控制器的研究与实现[D].硕士学位论文，东华大
学，2006.5.
[11] 陈科球.非接触式精密度传感器测试系统的设计与研究[D].硕士学位论文，华南
师范大学，2008：23-24.
[12] 李强，林明耀，胡敏强，李海文.采用逐周期电流控制改善无刷直流电机启动性
能[J].设计与研究，2004,37（4）.
[13] Zhang W G,Xue P, Duan F H.A design of high precision fuzzy control Systems
[J].Measurement&Control technology, 1997,16(2).
[14] Hu J S,Zheng Q L.Realizing fine quality real time fuzzy control by a simple
algorithm[J].Cybernetics and Systems,2003,31(7).
[15] 张淑海.基于DSP的直流电机数字控制系统[J].微电机，2006，39（5）.
[16] 黄忠霖,周向明．控制系统MATLAB计算及仿真实实训[M]．北京：国防工业出版
社,2006.
[17] 齐利民，刘国海，贾洪平.电动车用无刷直流电机无位置传感器控制[J].微电机，
2011,44（11）.
[18] 许文强.直流无刷电机控制器设计[D].硕士学位论文，南昌航空大学，2012.6.
[19] 钱学武，马明星，刘永智.电动公交车用无刷直流电机控制器的设计[J].扬州大学
学报，2010,13（1）.
[20] 周立强.永磁无刷直流电机驱动的研究[D].硕士学位论文，浙江大学，2006.5.