52单片机电动自行车控制器的设计+无刷直流电机控制(9)
3.3 抗干扰设计
软件的可靠性对于整个系统的稳定运行至关重要。当系统受到外界突发干扰时，软件需要及时有效地分析处理故障，并能够自动返回到正确的运行状态。本系统程序设计采用功能细分的子模块设计，使程序易于分析，为后续检查错误奠定了有利的基础。在调试过程中，能够很容易找到错误位置。模块化的设计方法也减轻了各子程序模块之间的相互依赖关系，使程序运行更加可靠。
4. 结果与分析
本设计从理论分析、硬件电路设计、软件设计和系统总体调试等方面考虑，逐步实现了控制器所要完成的各项功能。采用额定电压24V，额定功率60W，转速3000RPM的带霍尔传感器的永磁无刷直流电机作为驱动受控对象，对系统进行了验证。如图16所示为PWM波形。由图示可以看出，在系统采用软启动时，PWM波输出大致呈直线上升，此时处于开环控制。当软启动结束，PWM波形正常。
图16 PWM波形
对电动机进行Matlab仿真，得出结果如图17所示。可以看出电动车刚启动转速较低时，电机转矩迅速增大，而相电流变化则不大，此时属于开环控制。在软启动完毕，电机转速稳定以后，转矩基本保持稳定，各相电流依次变化，正常导通。在柔性电子刹车的测试中，先使电机的转速达到2000RPM。在没有使用机械刹车的情况下只使用柔性电子刹车，如图18所示为柔性电子刹车效果图。从图中可以看出，采用柔性电子刹车时，产生的反向力与当时转速有较大关系，而且反向力作用的方向始终与电机转动的方向相反，使电机转速逐渐降低。
图17 MATLAB仿真波形
图18 柔性电子刹车效果图
综上所述，该设计方案具有实际可行性，达到了预期要求，运行平稳可靠。能够解决影响电动自行车直流无刷电机控制器性能的突出问题，使控制器的可靠性、稳定性、人性化以及运行性能有了进一步提高。
5. 展望
本设计对电动自行车用无刷直流电动机控制器的各个方面进行了分析探讨，经过分析验证能够较好地解决目前直流无刷电动机控制器存在的一些问题。简化了电路结构，侧重于软件实现，降低了故障率。增加了多种保护功能，使电动车的可靠性大大提高，而且更加人性化。实现了程序模块化和较好的易读性，便于用户修改。针对原有直流无刷电机控制器电流采样的快速性、准确性问题，设计出合理的电流采样保持电路。在电路设计中留有接口，为后续功能升级改进提供了方便。
由于时间以及水平有限，本设计提出的解决方案，也存在一些缺点和未深入分析探讨的地方。我认为在本设计的基础上值得深入研究的内容如下：
（1）电动车低速运行时力矩的抖动现象。力矩的抖动对电动车的使用者会产生一定程度的不适感，不利于提高用户对产品的人性化的需求。因此长远来看，消除低速运行时的力矩抖动现象有待深入研究。
（2）系统全数字化设计。本文设计的控制系统没有全部采用数字分析方法。数字化设计具有参数修改方便、减小系统对器件性能依赖、提高工作效率和便于实现多种功能等优点。今后电动自行车的发展方向是高档化、智能化、人性化。将直流无刷电机控制器全数字化，是比较有前景的研究方向。
（3）低成本的速度检测及在此条件下的软件算法的研究。闭环控制的理论及方法已非常成熟，但是测速电机的成本却影响了闭环方法在直流无刷电机控制器上的应用，而以反电动势检测法为主的低成本速度检测方法目前尚在性能上与测速电机方法有较大差异。因此能否将二者的优点加以结合成为未来研究的重点。