52单片机电动自行车控制器的设计+无刷直流电机控制(2)
1. 现状及存在问题
1.1 电动自行车的现状
近几年来，电动自行车以较快的速度进入市场，逐渐取代自行车成为不可或缺的交通工具。人们环境保护意识的提高、对能源问题的关注以及高新科学技术的不断发展，也有力的促进了电动车产业的飞速发展。我国电动车的研究相比其他国家起步较晚，因此技术相对落后。我国有广泛的人口资源，在小城市以及乡镇大部分人都以自行车代步，电动车的市场潜力十分巨大。随着我国城乡一体化进程的推进及农村道路状况的不断改善，自行车的使用逐渐被电动车所代替，所以对电动车的需求量会逐渐增大。
目前，我国市场上电动车品种规格很多，动力多采用有刷或无刷的轮式直流电机，工作电压为24V／36V或48V，功率在150W-450W之间；蓄电池一般用的是免文护铅酸蓄电池，容量为12Ah，充电时间在3-8小时左右，充电一次行驶里程约50KM；车速低于20KM／H，爬坡能力在12度上下；车型有普通型和豪华型，车重约35Kg，载重量约75KG[2]。
近年来，随着电力电子技术和自动控制技术等的发展，电机的应用也得到了快速发展。由于不断地改进技术，电机的控制变得更加灵活，效率也更逐渐提高。由过去简单的起动停止控制、以提供驱动为目的应用，转变为对其速度、转子位置、转矩等精确的控制，以及对这些被控量的逻辑综合控制，使被控制的机械运动更符合预想要求。因此现代电机控制技术离不开功率器件和电机控制器的发展。
1.2 无刷直流电动机的发展现状
1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利标志着无刷电动机的诞生。1978年MAC的无刷直流电机及其相应驱动器的出现使无刷直流电机开始真正进入实用阶段。从而引发了对无刷直流电机研究的小高潮，之后研制成功方波无刷直流电机和正弦波无刷直流电机。近几十年以来，随着永磁新材料、集成电子技术、自动控制理论以及电子技术尤其是大功率开关器件的快速发展，使得直流无刷电机得到了长足的发展。无刷直流电机在运动控制领域受到广泛的应用得益于其优良的转矩特性，以往的直流电动机由于没有电刷而需要机械换相，造成可靠性较低，而且电刷容易出现问题需要经常文护；在换相时会产生电磁间干扰，噪声较大，从而影响了普通直流电机在自动控制系统中的发展应用。以电子换相取代机械换相的无刷电机克服了机械换相带来的缺点，得到了广泛应用和快速发展[3]。
无刷直流电机在保持了传统直流电机的良好动、静态调速特性的同时，还具有构造简单、运行可靠、易于控制、不产生火花、电磁噪声低、效率高、转矩特性优异等优点。其应用从最初的军事工业，快速向民用行业以及工业自动化领域迅速扩展。
与有刷直流电机不同，无刷直流电机的电枢为定子绕组，励磁绕组被永磁材料所取代。根据流入定子绕组的激励电流波形的不同来划分，直流无刷电机可以分为方波直流电机（BLDCM）和正弦波直流电机（PMSM）。BLDCM用电子换相克服了以前直流电机机械换相的缺点，用永磁材料做转子省去了电刷；而PMSM是用永磁材料代替普通电机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和碳刷。在相同的条件下，驱动电路获得方波相对比较容易，并且控制比较简单，因此BLDCM的应用要比PMSM广泛的多。
无刷直流电动机的典型应用一般由一台同步电机、一组转子位置检测器和一套受位置检测器控制的逆变器组成。中小型电机的逆变器一般由晶体管组成；大型电机的逆变器通常采用晶闸管构成，称为晶闸管电动机。运行时，霍尔位置传感器获得电机转子位置信息，经过处理后输入控制器进行逻辑综合，之后控制器输出PWM波使功率逆变驱动电路中的开关管有序的导通和截止，从而实现电子换流，驱动直流电机可靠稳定运转。