基于LPC2132的双驱电动车控制系统设计（二）

　　换相控制逻辑包括根据当前转子的位置控制电桥上下桥臂，正确给出绕组通电；通过对绕组通电的时间比例控制速度；对电桥实施死区保护，防止烧毁MOSFET和驱动电路.所以设计的逻辑控制电路具有以下特点：采用逻辑门电路与RC延时电路，避免了控制时出现死区；另外增加了电机绕组续流功能，保护了控制管.两个电机的电桥逻辑控制电路一样，这里给出了其中一路，如图5所示.

　　3.3 霍尔位置传感器接口电路

　　无刷电机内置的三个位置传感器（霍尔）采用5V电源供电，由于电机内部电磁场的作用以及工作时的干扰，对霍尔位置传感器及其电路的电源要求非常高，这里我们采用独立电源供电，此外对传感器脉冲检测电路进行了滤波处理（同时在软件中也做了相应的处理），以提高抗干扰能力，这里图6霍尔位置传感器接口电路仅画出其中一路，具体电路如图6所示.

　　3.4 电桥驱动电路设计

　　如图7所示，全桥驱动电路的每一相都由上.下臂组成，这里给出了其中一相的电原理图.

　　其中上桥的控制信号高电平有效，下桥的低控制信号电平有效.针对MOSFET的D-S导通时存在导通电阻Ron,同时考虑电机工作电流较大，这里采用专用驱动芯片IR2103,可以解决死区保护等各种问题.

　　限于篇幅，其它接口包括串口通信.模拟采集.油门电路输入.转弯电压输入.过流采样.电池电压采样等原理图没有一一列出.

　　4.控制软件设计

　　为了实现对电动汽车的智能控制，本系统中软件包含以下功能模块：两个无刷直流电机位置检测模块.电机换相逻辑控制模块.速度调节模块（转速采样.PWM正转和反转.PID控制等）.安全管理模块.电子差速转弯模块.串口通信模块等功能.系统软件编程采用模块化结构，以增加调试的灵活性.修改的方便性.移植的通用性.软件包括主程序.中断程序和相应的功能子程序.主程序流程图如图8所示，主程序主要完成对控制寄存器.数据信息单元的初始化以及对各模块的响应.程序启动后首先是进行初始化，然后对电机状态检测并进入启动模块以及速度管理模块，在出现异常时进入安全管理模块，并通过串口向外部发送车辆状态信息.下面简单介绍下几个主要模块.

　　4.1 系统初始化

　　本系统采用11.0592MHz（Fosc）晶体振荡器，处理器工作频率为4倍主频即4 4 . 2 3 6 8 M H z;TIMER0的0通道中断实现霍尔位置信号查询以及软件定时，设置为IRQ中断，分配为最高中断优先级，以确保电机换相最快响应；AD转换器频率设置在1MHz,由软件定时启动转换，并采用查询标志位（AD完成标志位）方式确定转换结束并读取转换数据；在PWM通道0产生0.1ms（相当于10KHz）的PWM波，通道2和4在此基础上产生占空比可调的波分别控制两个电机转速；串口以57600的波特率定时向外发送电机相关信息，1个起始位，8位数据，无奇偶校验位，1个停止位.

    4.2 模拟量采集

　　油门采样电压.驱动电机过流采样电压.转弯角度传感器采样电压和电池欠压采样电压通过模拟开关4051（8通道选1）切换后输入片内AD转换器（AD0.7通道），其中通道选择控制信号由CPU的P1.2~P1.0实现.由于采样电阻上的电压比较小，因此在采样输出端和模拟开关间加一级放大电路，对采样电压进行适当放大，并用跟随器隔离，保证系统灵敏.可靠.安全.

　　4.3 PID控制

　　PID控制算法比较普遍，这里直接给出离散PID表达式：

　　其中：i为采样序号；ui为第i次采样时刻的输出值；ei为第i次采样时刻输入的偏差值；ei-1为第i-1次采样时刻输入的偏差值；Kp为比例系数；KI为积分系数；KD为微分系数；u0为PID控制的原始初值.

　　由（1）可得到第i-1个时刻的输出值，与（1）相减后得输出值增量：

　　确定了上述三项的系数，就可以根据前后三次测量值的偏差，计算出控制增量，用此增量去控制PWM波的占空比，实现对电机转速控制与调整.

　　（4）电子差速

　　由Ackermann-Jeantand模型得到：

　　其中δ 为电动车前轮角度； Rin.Rout 为两后内外轮的转弯半径；B.L分别为车体宽度和长度.在计算中只需计算出转弯时内侧轮目标速度，外侧轮目标速度由式（3）得到，实现电子差速.

　　5.实验及结论

　　本文基于LPC2132设计了电动汽车后两轮独立驱动控制系统，通过调节两组PWM占空比值，实现对两个轮毂电机的同时调速.通过智能控制系统软硬件设计，实现前进.转向.后退.自动巡航.转向灯指示.电子差速等功能.实验结果表明整车控制效果良好，已经达到实用指标.