电动摩托车的无传感器无刷直流电机控制系统设计

　　传统的驱动电机结构复杂，效率低，噪音大，而无刷直流电动机是一种用电子换相装置代替机械换相装置的新型直流电动机，没有激磁损耗，热阻较小，散热容易，具有效率高、过载能力强、无换向火花等优点，是高速电机的一个重要发展方向。通常无刷直流电机采用电子或机电式位置传感器获取转子位置信息，然而有些传感器的分辨率低或运行特性不好，有的对环境条件如震动，潮湿和温度变化很敏感，使性能下降，系统可靠性和精确性降低。传感器还大大增加了电气连接线数目，增加干扰，增大体积和成本。因此，在小型轻载条件下，无位置传感器无刷直流电机成为理想的选择并具有广泛的发展前景。采用无传感器无刷直流电机的电动摩托车作为绿色环保交通工具具有操作简单、骑乘舒适、维护方便、污染小和噪声低等优点。本文介绍一种以st7fmc1k2为核心的无传感器无刷直流电机控制系统。

　　电动摩托车的控制器结构、工作原理及电机控制部分硬件设计

　　电动摩托车的控制器结构与工作原理

　　电动摩托车的控制器具有电机驱动控制、参数显示和电池管理等基本功能。电动摩托车通过控制器采集在各种情况下的参数，控制电机运行，调节车速度，提高电机和电池的效率，保障骑乘者和他人的人身安全。能量管理系统对电池实施有效的管理，监督和控制电池的充放电过程，使电池处于良好的工作状态，保证电池的有效使用寿命。其总体机构如图1。

　　图1　电动摩托车的控制器结构

　　原主控制芯片st7fmc1k2作为控制核心，向驱动电路传递pwm信号以驱动电机;通过i/o口向面板显示电路传递时钟信号、复位信号和数据信号。单片机从驱动电路部分获取反电动势检测信号并进行处理以及时对电机换相;同时从驱动电路获取电流采样信号，以进行过流保护;从电池电量检测电路获取电压信号以进行欠压保护。转把信号用于改变电压以改变pwm的占空比来对电机进行调速，刹车信号用于紧急情况时及时停止电机的运行。

　　st7fmc1k2芯片的介绍[1]

　　目前市场上有很多无刷电机专用控制芯片，大部分厂商采用motorola的mc33035控制，它具有无刷电机控制系统所需要的基本功能。本设计综合考虑性价比等因素采用意法公司的st7fmc1k2作为主控芯片，可以实现全部功能并能够满足所需求的控制精度。具体特点有:8k的flash和384字节的ram,配有lvd、看门狗、高抗噪电磁兼容电路,10位多通道a/d转换器、sci，spi、i2c、usb和带pwm功能的定时器,它的最大特点是内置了增强型的专用mtc,见图2，含有一个pwm管理单元,可通过软件设置不同的pwm方式,内置的运算放大器和比较器可以对电机绕组电流采样信号进行放大,实现两种不同的驱动模式:电压模式和电流模式。电流模式以定子绕组中的电流为直接控制对象,通过单片机内部的pwm占空比和外部rc电路改变电流设定的参考值,可以精确地跟踪定子绕组中的电流,实现输出力矩的直接控制。这样就降低处理器成本、减少外围器件数量、减少pcb板尺寸、优化系统缩短开发周期。