以“混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)計”和“電動座椅控制系統(tǒng)設(shè)計”作為實(shí)際應(yīng)用背景，分析了兩種不同種類電動機(jī)的原理特性和控制方法，闡述了這兩個系統(tǒng)的開發(fā)過程，研究了單片機(jī)在這兩個系統(tǒng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步挖掘了單片機(jī)在電機(jī)運(yùn)動控制領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力。 文中分兩個部分分別對這兩個系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。在混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)部分，介紹了步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)行特性和控制方法，建立了仿真模型并對步進(jìn)電動機(jī)各主要的運(yùn)行特性進(jìn)行了仿真研究，著重敘述了步進(jìn)電動機(jī)多步距角控制、斬波恒流控制和升降頻控制等控制功能，以及上位機(jī)控制軟件的實(shí)現(xiàn)過程。電動座椅控制系統(tǒng)部分，首先闡述了無刷直流電動機(jī)的運(yùn)行特性，建立了仿真模型并對先進(jìn)PID控制方法在無刷直流電動機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了仿真研究，著重闡述了位置記憶功能的實(shí)現(xiàn)過程。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計合理可行，圓滿的完成了既定的開發(fā)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了所有的預(yù)定功能，且運(yùn)行性能良好。混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)可以通過上位機(jī)和控制面板分別控制，可以驅(qū)動不同種類的步進(jìn)電動機(jī)且具備多種控制功能。電動座椅控制系統(tǒng)將無刷直流電動機(jī)應(yīng)用到了電動座椅領(lǐng)域，且實(shí)現(xiàn)了電動座椅的智能化。這些也正是本文的創(chuàng)新之處。另外，結(jié)構(gòu)化的硬件設(shè)計方法及模塊化的軟件設(shè)計法使得系統(tǒng)具有較好的通用性和可擴(kuò)展性。
標(biāo)簽： 單片機(jī) 電機(jī) 運(yùn)動控制
上傳時間： 2013-05-26
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本文通過對永磁同步電機(jī)進(jìn)行了建模，提出了永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。分析了永磁同步電機(jī)矢量控制的原理和特點(diǎn)，選取了采用基于id=0轉(zhuǎn)子磁場定向的方案，確立了基于矢量控制PMSM三閉環(huán)調(diào)節(jié)的伺服控制系統(tǒng)的實(shí)施方案。給出了伺服系統(tǒng)的設(shè)計及伺服控制中的一些控制策略，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，表明該方案是切實(shí)可行的。在此基礎(chǔ)上，確立了以MC56F8357為核心的永磁同步電機(jī)伺服驅(qū)動控制器的硬件系統(tǒng)，搭建了相應(yīng)的試驗(yàn)平臺。在Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境下完成了整個伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，并在PCMaster的基礎(chǔ)上完成了伺服控制系統(tǒng)上位機(jī)控制界面的設(shè)計。實(shí)驗(yàn)及使用證明，所研制的試驗(yàn)軟硬件平臺能很好地完成永磁同步電機(jī)位置伺服控制功能，能夠完全滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求。
標(biāo)簽： 永磁同步電機(jī) 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-08-02
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作為數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外研究和應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)也逐步向全數(shù)字化方向發(fā)展，全數(shù)字化系統(tǒng)具有可靠性高、實(shí)現(xiàn)新控制策略容易、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)。 本文論述了永磁同步電機(jī)空間矢量脈寬調(diào)制控制的最新發(fā)展，分析了從基礎(chǔ)理論到最新的控制算法的有關(guān)永磁同步電機(jī)空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(jī)(PMSM)的數(shù)學(xué)模型和控制理論進(jìn)行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到基本轉(zhuǎn)速之前采用最大轉(zhuǎn)矩/電流策略控制，超過基本轉(zhuǎn)速之后采用弱磁擴(kuò)速的電流控制策略，使電機(jī)具有更大的調(diào)速空間，該策略可實(shí)現(xiàn)電壓矢量近似連續(xù)調(diào)節(jié)，有效減小了PMSM 的轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能，仿真結(jié)果證明了這一結(jié)論。 在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數(shù)字永磁交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空間矢量PWM 控制為核心。
標(biāo)簽： 永磁同步電動機(jī) 調(diào)速控制
上傳時間： 2013-06-08
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本文論述了基于ST7FMC的電動摩托車控制系統(tǒng)的研究。 近年來,由于燃油交通工具尾氣排放對城市空氣造成的嚴(yán)重污染，以及人們生活水平、環(huán)保意識的逐漸提高，綠色交通工具己成為時代發(fā)展的重要課題。考慮到我國目前的國情，發(fā)展電動車具有重要的環(huán)保意義。 隨著電機(jī)技術(shù)及功率器件性能的不斷提高,電動車的控制器發(fā)展迅速。但是目前市場上大多數(shù)的電動車產(chǎn)品均采用低集成度元件控制裝置，功能過于簡單，不能充分發(fā)揮系統(tǒng)潛力及處理一些特殊的控制問題。 提出了基于意法半導(dǎo)體芯片ST7FMC的永磁無刷直流電動機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計方案，進(jìn)行了低成本、高智能的無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計，能滿足更多應(yīng)用場合的需要。主要從以下幾個方面進(jìn)行了分析與研究: 首先，建立無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，并分析其電機(jī)運(yùn)行特性。 其次，根據(jù)ST專用單片機(jī)的特點(diǎn)詳細(xì)設(shè)計了系統(tǒng)的控制策略：將調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計為電流、速度雙閉環(huán)的PI算法控制，以保證調(diào)速性能和電流控制精度；采用ST芯片固有的寄存器進(jìn)行速度的檢測，比較精確；將相電流檢測設(shè)計成母線電流PWM On中點(diǎn)檢測；采用了高性能的驅(qū)動集成電路IR2136來驅(qū)動MOSFET組成的全橋逆變電路；驅(qū)動方式采用新型的凸形波驅(qū)動控制方法。 最后，組裝了試驗(yàn)樣車，通過實(shí)驗(yàn)室觀測及實(shí)地運(yùn)行，驗(yàn)證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 由此得出結(jié)論：本課題設(shè)計的基于ST7FMC的電動摩托車控制系統(tǒng)具有運(yùn)行性能良好、可靠性高的特點(diǎn)，為后續(xù)的研究工作提供了一定的基礎(chǔ)。
標(biāo)簽： ST7FMC 電動摩托車 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-17
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隨著非線性負(fù)載在電網(wǎng)應(yīng)用中的不斷增加，給電網(wǎng)造成的諧波污染日益嚴(yán)重，已成為影響電能質(zhì)量的重要因素之一。與無源濾波器相比，有源濾波器具有濾波特性好，受電網(wǎng)阻抗影響小，可同時補(bǔ)償諧波和無功等優(yōu)點(diǎn)，所以，有源電力濾波裝置作為一項(xiàng)有效措施，被廣泛地研究和應(yīng)用。 本文首先介紹了諧波產(chǎn)生及其嚴(yán)重的危害性，綜述了國內(nèi)外電力系統(tǒng)諧波抑制技術(shù)的發(fā)展概況以及有源電力濾波器在諧波抑制中的應(yīng)用前景。闡明了以DSP為核心控制芯片的有源電力濾波器數(shù)字控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。介紹了有源電力濾波器的結(jié)構(gòu)和工作原理，在瞬時無功功率理論的基礎(chǔ)上設(shè)計了諧波電流的檢測方案，提出了有源電力濾波器全數(shù)字化控制系統(tǒng)的實(shí)施方案，包括信號調(diào)理、過零檢測、交流采樣、鎖相和濾波等，同時給出部分程序框圖及程序和程序運(yùn)行結(jié)果。為了進(jìn)行更加深入的理論分析，本文在MATLAB的SIMULINK仿真環(huán)境下建立了有源電力濾波器系統(tǒng)的仿真模型，并對諧波電流檢測方法進(jìn)行了仿真對比。同時，重點(diǎn)進(jìn)行了軟件設(shè)計，包括數(shù)字鎖相環(huán)、低通濾波器等，程序運(yùn)行結(jié)果取得了令人滿意的效果。 本文以三相并聯(lián)有源電力濾波器為研究對象，設(shè)計了基于DSP芯片的數(shù)字化控制方案，該方案用一片DSP芯片TMS320F2812實(shí)現(xiàn)諧波指令電流計算和控制環(huán)節(jié)。并詳細(xì)介紹了該控制方案的軟件設(shè)計。 從目前國外的研究和使用情況來看，有源電力濾波器具有廣闊的應(yīng)用前景。本題目今后的重點(diǎn)發(fā)展方向是進(jìn)行實(shí)用化研究。
上傳時間： 2013-04-24
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由于直流調(diào)速的局限性和交流調(diào)速的優(yōu)越性，以及計算機(jī)技術(shù)和電力電子器件的不斷發(fā)展，異步電動機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)正在快速發(fā)展之中。在現(xiàn)代微機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展下，計算機(jī)運(yùn)行速度不斷提高，指令的執(zhí)行速度也達(dá)到了前所未有的高度，使得復(fù)雜算法應(yīng)用計算機(jī)來進(jìn)行實(shí)時運(yùn)算、執(zhí)行成為可能。經(jīng)過最近十幾年的應(yīng)用開發(fā)，交流異步電動機(jī)的變頻調(diào)速性能已經(jīng)優(yōu)于直流調(diào)速系統(tǒng)。 目前廣泛研究應(yīng)用的異步電動機(jī)調(diào)速技術(shù)有恒壓頻比控制方式、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。本論文中所討論的是異步電動機(jī)矢量控制調(diào)速方法，相對于恒壓頻比控制和直接轉(zhuǎn)矩控制，它有動態(tài)性能和低速性能好、調(diào)速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。 本文對異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型的建立進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述。通過對異步電動機(jī)的動態(tài)電磁關(guān)系的分析以及坐標(biāo)變換原理概念的介紹，建立了異步電動機(jī)在不同坐標(biāo)系上的數(shù)學(xué)模型，指出了異步電動機(jī)的模型特點(diǎn)是一多變量、強(qiáng)藕合的非線性系統(tǒng)。 在對異步電動機(jī)的矢量控制原理進(jìn)行闡述時，給出了矢量變換方法實(shí)現(xiàn)的步驟，并依次說明了三相異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型是如何解耦的。在論述了二相異步電功機(jī)的磁場定向原理后，介紹了轉(zhuǎn)子磁鏈的計算方法并設(shè)計了轉(zhuǎn)子磁鏈觀測器。 詳細(xì)地分析了磁通調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的工作原理，并設(shè)計了磁通調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。以DSP為控制核心，設(shè)計了異步電動機(jī)的矢量控制系統(tǒng)的硬件，并編制了軟件程序。 運(yùn)用MATLAB的工具軟件SIMULINK對磁通閉環(huán)的矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，給出了仿真結(jié)果，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。
上傳時間： 2013-04-24
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直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，是繼矢量控制技術(shù)之后出現(xiàn)的又一種新的控制思想，其控制手段直接，系統(tǒng)響應(yīng)迅速，具有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性，系統(tǒng)魯棒性好，因而受到了普遍關(guān)注并得到了迅速發(fā)展。 本論文從交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展開始，分析了異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的基本原理，推導(dǎo)了u-l、i-n兩種磁鏈模型，并對這兩種磁鏈模型的適應(yīng)范圍和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，然后推導(dǎo)了在全速范圍都適用的u-n模型。u-n模型的特點(diǎn)是：低速下工作于i-n模型，高速下工作于u-i模型，高低速之間自然過渡，加之引入電流調(diào)節(jié)器對電流觀測值進(jìn)行補(bǔ)償，大大提高了模型的觀測精度。 然后以交流電力機(jī)車為例，介紹了直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)在交流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，并根據(jù)電力機(jī)車的牽引特性，設(shè)計了不同的控制策略： (1)低速區(qū)：采用圓形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制； (2)高速區(qū)：采用六邊形磁鏈的直接轉(zhuǎn)矩控制； (3)弱磁區(qū)：通過改變磁鏈給定值來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)節(jié)。 同時應(yīng)用MATLAB/SIMULINK軟件建立了直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的仿真模型，并得出了仿真結(jié)果，驗(yàn)證了該方法的正確性。 最后介紹了無速度傳感器的直接轉(zhuǎn)矩控制方法，推導(dǎo)了基于模型參考自適應(yīng)(MRAS)理論的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的辨識方法，建立了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的辨識模型，并得到了仿真結(jié)果。
標(biāo)簽： 直接轉(zhuǎn)矩 控制技術(shù) 交流調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機(jī)應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機(jī)根據(jù)反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(jī)(無刷直流電機(jī))和正弦波永磁同步電機(jī)(永磁同步電機(jī))。正弦波永磁同步電機(jī)為實(shí)現(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機(jī)械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機(jī)械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機(jī)的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點(diǎn)獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機(jī)械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運(yùn)行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機(jī)械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實(shí)現(xiàn)位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進(jìn)的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機(jī)在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機(jī)運(yùn)行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機(jī)的軟件設(shè)計，文中詳細(xì)討論了位置估算程序和實(shí)現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計和調(diào)試，并對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
上傳時間： 2013-07-23
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無刷直流電機(jī)(BLDCM)是隨著電機(jī)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型電機(jī)。它是在有刷直流電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。無刷直流電機(jī)具有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列特點(diǎn)，又具有直流電機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵磁損耗以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，在很多場合有廣泛的應(yīng)用前景，成為了國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。無刷直流電機(jī)傳統(tǒng)的理論部分分析和設(shè)計方法已經(jīng)比較成熟，因此對無刷直流電機(jī)控制策略的研究就顯得十分重要。 PID控制以其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)至今仍被廣泛應(yīng)用。在系統(tǒng)模型參數(shù)變化不大的情況下，PID控制性能優(yōu)良。但在工業(yè)上有許多無法建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜控制對象和非線性控制對象，若采用傳統(tǒng)的PID進(jìn)行控制的話，那么很難獲得比較理想的控制效果。 對于無刷直流電機(jī)而言，它是一個多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，固定參數(shù)的PID調(diào)節(jié)器無法得到很理想的控制性能指標(biāo)。基于以上原因，本文以無刷直流電機(jī)為控制對象，通過分析無刷直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，以BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，設(shè)計了應(yīng)用于無刷直流電機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。 在MATLAB平臺上，先利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器，給出相應(yīng)的控制算法，對典型的參數(shù)時變非線性系統(tǒng)的控制進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，同傳統(tǒng)PID控制器相比，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對模型、環(huán)境具有較好的適應(yīng)能力與較強(qiáng)的魯棒性，有效的改善了系統(tǒng)的控制結(jié)果，達(dá)到了預(yù)期的目的。隨后利用SIMULNK建立了無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型。分別采用普通PID控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對電機(jī)的不同運(yùn)行狀況進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的正確性，并證明了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的優(yōu)越性。
標(biāo)簽： PID BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 無刷直流電機(jī)
上傳時間： 2013-08-04
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電動摩托車具有零排放、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，是真正的綠色環(huán)保輕型交通工具，它以方便j快捷等特點(diǎn)被越來越多的人們所接受，成為大中城市公共交通的理想補(bǔ)充。而無刷直流電動機(jī)以其控制簡單、可靠性高、輸出轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，被大量地用作電動摩托車驅(qū)動電機(jī)。本文主要研究基于AVR單片機(jī)的電動摩托車控制技術(shù)。 首先，分析了電動摩托車的發(fā)展趨勢，以及無刷直流電動機(jī)能在電動摩托車驅(qū)動領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的原因，并探討了電動摩托車無刷直流驅(qū)動電機(jī)的控制方法。 其次，在分析無刷直流電動機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，構(gòu)造了無刷直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型，確立了通過PWM調(diào)節(jié)改變電樞電壓的大小來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的控制策略。 第三，采用ATMEL公司的ATmega88單片機(jī)為控制核心，設(shè)計了包括電流檢測與保護(hù)、位置信號檢測、功率開關(guān)管驅(qū)動、電源轉(zhuǎn)換和電壓采樣與欠壓保護(hù)等一系列硬件電路，充分利用了ATmega88單片機(jī)成本低、功能豐富、運(yùn)算能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，簡化了控制電路，提高了控制系統(tǒng)的可靠性，降低了控制成本。 第四，采用C語言編寫了控制程序，完善了控制功能，實(shí)現(xiàn)了軟、硬件控制方法的結(jié)合。使用ICC-AVR集成開發(fā)環(huán)境和SL-ISP在線編程，降低了開發(fā)成本；采用模塊化設(shè)計方法設(shè)計控制程序，提高了程序的可維護(hù)性。完成的功能模塊主要包括啟動與換相模塊、電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)模塊、過電流與堵轉(zhuǎn)保護(hù)模塊、欠電壓保護(hù)模塊和定速巡航模塊等。 最后，對開發(fā)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠、實(shí)時性好，證明ATmega88單片機(jī)適合用作電動摩托車驅(qū)動電機(jī)的控制芯片。
上傳時間： 2013-05-20
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