基于LPC2132的雙驅(qū)電動(dòng)車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）

3.2 全橋驅(qū)動(dòng)電路的邏輯控制電路

換相控制邏輯包括根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置控制電橋上下橋臂，正確給出繞組通電;通過對(duì)繞組通電的時(shí)間比例控制速度;對(duì)電橋?qū)嵤┧绤^(qū)保護(hù)，防止燒毀MOSFET和驅(qū)動(dòng)電路.所以設(shè)計(jì)的邏輯控制電路具有以下特點(diǎn)：采用邏輯門電路與RC延時(shí)電路，避免了控制時(shí)出現(xiàn)死區(qū);另外增加了電機(jī)繞組續(xù)流功能，保護(hù)了控制管.兩個(gè)電機(jī)的電橋邏輯控制電路一樣，這里給出了其中一路，如圖5所示.

3.3 霍爾位置傳感器接口電路

無刷電機(jī)內(nèi)置的三個(gè)位置傳感器(霍爾)采用5V電源供電，由于電機(jī)內(nèi)部電磁場(chǎng)的作用以及工作時(shí)的干擾，對(duì)霍爾位置傳感器及其電路的電源要求非常高，這里我們采用獨(dú)立電源供電，此外對(duì)傳感器脈沖檢測(cè)電路進(jìn)行了濾波處理(同時(shí)在軟件中也做了相應(yīng)的處理)，以提高抗干擾能力，這里圖6霍爾位置傳感器接口電路僅畫出其中一路，具體電路如圖6所示.

3.4 電橋驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

如圖7所示，全橋驅(qū)動(dòng)電路的每一相都由上.下臂組成，這里給出了其中一相的電原理圖.

其中上橋的控制信號(hào)高電平有效，下橋的低控制信號(hào)電平有效.針對(duì)MOSFET的D-S導(dǎo)通時(shí)存在導(dǎo)通電阻Ron,同時(shí)考慮電機(jī)工作電流較大，這里采用專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2103,可以解決死區(qū)保護(hù)等各種問題.

限于篇幅，其它接口包括串口通信.模擬采集.油門電路輸入.轉(zhuǎn)彎電壓輸入.過流采樣.電池電壓采樣等原理圖沒有一一列出.[!--empirenews.page--]

4.控制軟件設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的智能控制，本系統(tǒng)中軟件包含以下功能模塊：兩個(gè)無刷直流電機(jī)位置檢測(cè)模塊.電機(jī)換相邏輯控制模塊.速度調(diào)節(jié)模塊(轉(zhuǎn)速采樣.PWM正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn).PID控制等).安全管理模塊.電子差速轉(zhuǎn)彎模塊.串口通信模塊等功能.系統(tǒng)軟件編程采用模塊化結(jié)構(gòu)，以增加調(diào)試的靈活性.修改的方便性.移植的通用性.軟件包括主程序.中斷程序和相應(yīng)的功能子程序.主程序流程圖如圖8所示，主程序主要完成對(duì)控制寄存器.數(shù)據(jù)信息單元的初始化以及對(duì)各模塊的響應(yīng).程序啟動(dòng)后首先是進(jìn)行初始化，然后對(duì)電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)并進(jìn)入啟動(dòng)模塊以及速度管理模塊，在出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)入安全管理模塊，并通過串口向外部發(fā)送車輛狀態(tài)信息.下面簡(jiǎn)單介紹下幾個(gè)主要模塊.

4.1 系統(tǒng)初始化

本系統(tǒng)采用11.0592MHz(Fosc)晶體振蕩器，處理器工作頻率為4倍主頻即4 4 . 2 3 6 8 M H z;TIMER0的0通道中斷實(shí)現(xiàn)霍爾位置信號(hào)查詢以及軟件定時(shí)，設(shè)置為IRQ中斷，分配為最高中斷優(yōu)先級(jí)，以確保電機(jī)換相最快響應(yīng);AD轉(zhuǎn)換器頻率設(shè)置在1MHz,由軟件定時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，并采用查詢標(biāo)志位(AD完成標(biāo)志位)方式確定轉(zhuǎn)換結(jié)束并讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù);在PWM通道0產(chǎn)生0.1ms(相當(dāng)于10KHz)的PWM波，通道2和4在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生占空比可調(diào)的波分別控制兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速;串口以57600的波特率定時(shí)向外發(fā)送電機(jī)相關(guān)信息，1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無奇偶校驗(yàn)位，1個(gè)停止位.

4.2 模擬量采集

油門采樣電壓.驅(qū)動(dòng)電機(jī)過流采樣電壓.轉(zhuǎn)彎角度傳感器采樣電壓和電池欠壓采樣電壓通過模擬開關(guān)4051(8通道選1)切換后輸入片內(nèi)AD轉(zhuǎn)換器(AD0.7通道)，其中通道選擇控制信號(hào)由CPU的P1.2~P1.0實(shí)現(xiàn).由于采樣電阻上的電壓比較小，因此在采樣輸出端和模擬開關(guān)間加一級(jí)放大電路，對(duì)采樣電壓進(jìn)行適當(dāng)放大，并用跟隨器隔離，保證系統(tǒng)靈敏.可靠.安全.

4.3 PID控制

PID控制算法比較普遍，這里直接給出離散PID表達(dá)式：

其中：i為采樣序號(hào);ui為第i次采樣時(shí)刻的輸出值;ei為第i次采樣時(shí)刻輸入的偏差值;ei-1為第i-1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值;Kp為比例系數(shù);KI為積分系數(shù);KD為微分系數(shù);u0為PID控制的原始初值.

由(1)可得到第i-1個(gè)時(shí)刻的輸出值，與(1)相減后得輸出值增量：

確定了上述三項(xiàng)的系數(shù)，就可以根據(jù)前后三次測(cè)量值的偏差，計(jì)算出控制增量，用此增量去控制PWM波的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制與調(diào)整.

(4)電子差速

由Ackermann-Jeantand模型得到：

其中δ 為電動(dòng)車前輪角度; Rin.Rout 為兩后內(nèi)外輪的轉(zhuǎn)彎半徑;B.L分別為車體寬度和長度.在計(jì)算中只需計(jì)算出轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)側(cè)輪目標(biāo)速度，外側(cè)輪目標(biāo)速度由式(3)得到，實(shí)現(xiàn)電子差速.

5.實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

本文基于LPC2132設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車后兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)兩組PWM占空比值，實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)輪轂電機(jī)的同時(shí)調(diào)速.通過智能控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)前進(jìn).轉(zhuǎn)向.后退.自動(dòng)巡航.轉(zhuǎn)向燈指示.電子差速等功能.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明整車控制效果良好，已經(jīng)達(dá)到實(shí)用指標(biāo).