基于arm的两轮自平衡车永磁电机驱动系统分析

《基于arm的两轮自平衡车永磁电机驱动系统分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、华中科技大学硕士学位论文图4-1不同反电动势无刷直流电机矢量控制转矩分析............40图4-2两两导通电压矢量分析.........................41图4-3不同厂家的轮毂电机霍尔安装位置与反电动势相位测试图.....43图4-4矢量控制控制轮毂电机相电流.....................44VI华中科技大学硕士学位论文表格索引表3.1Matlab仿真中永磁同步电机参数表..................21表3.2永磁同步电机参数表..............

2、............30表3.3两轮车驱动电机参数..........................35VII华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1研究背景近几年来，异军突起的两轮车行业，迅速进入大众视野，它带来的是一种低碳环保的出行方式、一种将科技融入日常生活的风潮。两轮车的出现与快速发展，与嵌入式微控制器、传感器的发展密不可分。首先，嵌入式微控制器的发展，以DSPC2000系列和使用ARMCortex-M3内核的微控制器为代表。其主频、运算速度价格比和外设的丰富性不断提升，以至于很多芯片供应商已

3、经将其一部分划归到MCU的范畴。丰富的接口资源和Demo案例，加上大量的成功产品开发案例，又为众多开发者提供了快速开发的可能，大大推动了一大批依赖高性能处理器芯片产品的出现与发展，例如终端设备、电机控制、智能设备等。其次，传感器技术的发展和IC制造工艺进步，使原本昂贵的高性能陀螺仪、加速度计等传感器变得易于获取和使用，可以快速地添加至原有系统，微小的成本增长带来的是功能的丰富和体验的巨大提升。正是在这样两个方面的推动下，一大批创新性极高的产品出现，而两轮车正是这样一个浪潮里具有鲜明特点的一个。首先出现的

4、两轮车大部分使用无刷电机作为驱动电机，导致这一现状的原因包含两个方面。第一，早期的两轮车姿态控制和电机驱动控制在一个芯片内实现，且与永磁同步电机的矢量控制对比，无刷电机的驱动简单；第二，永磁同步电机的制造成本高，并需要较高精度的位置传感器作为矢量控制定向依据，相比较而言，无刷电机仅仅需要霍尔位置传感器。随着技术的不断推进，用户体验要求的不断提高，在两轮车上应用永磁同步电机成了很多产品提升性能的必备基础。1.2课题内容与研究意义自平衡电动车的是一种两轮智能机器人。两轮自平衡电动车的基本思想源于倒立摆。在实

5、验机器人学的意义下，作为科学仪器的两轮自平衡电机器人对机器人学及相关学科的科学研究和科学实验有重要价值。同时，两轮自平衡机器人还具有现实的和潜在的应用价值[1]。两轮自平衡电动车具有占地面积小和运动灵活敏捷的特点，可以在许多特殊的环境，如拥挤的办公环境中获得应用，也作为特殊的交通工具应用于现代社会诸多领域里。两轮自平衡车自从问世后，迅速引起了各国机器人研究爱好者的广泛关注，成为验证各项控制理论的理想平台，具有重大的理论意义，主要归功于1华中科技大学硕士学位论文其不稳定的动态性能和所具有的强非线性[2]。

6、两轮自平衡电动车是一个可以行走的一级倒立摆，从另一个角度上看它是一个欠驱动系统，具有强非线性、不稳定性等特点[3,4]。本文以设计两轮自平衡车驱动系统为目标，分析两轮车电机驱动系统的特点，设计两轮车的电机驱动系统。应用永磁同步电机的两轮自平衡车，在转矩脉动、噪音、舒适度等评价指标上的优势是明显的，但其实现复杂度较高。考虑到在使用电池供电的移动平台上，36V~72V额定电压的永磁同步电机驱动器有非常大的需求,因此将其做成通用平台的形式，并移植到具体应用。针对永磁同步电机的驱动系统，首先完成一个通用永磁同步

7、电机伺服平台，然后在其基础上，将其移植到两轮车驱动系统上。第一步以搭建通用的高性能永磁同步电机伺服驱动器为目标，控制对象选用36V伺服电机，建立永磁同步电机矢量控制系统数学模型，并基于Matlab建立仿真模型。随后，设计搭建硬件和软件平台，完成通用伺服驱动器。最后以定制的方案，将其移植到两轮车系统。针对轮毂电机的驱动系统，分析其矢量控制的理论方法和控制策略，给出可行的控制方案。1.3两轮自平衡车及其驱动系统的研究现状国内的双轮自平衡机器人研究起步比较晚。自2002年以来，中国科技大学，台湾国立中央大学、

8、哈尔滨工业大学等相继投入研究和实验，各自研发出两轮自平衡车[5]。国外则起步较早，1986年，日本电气通信大学的Kazuo教授，构思了一种被称作平衡自行车的自平衡机器，被认为是两轮自平衡机器人的起源，但受到当时技术条件限制，并未完成非常好，却是平衡车重要的起点。1996年，日本Tsukuba大学的Ha和Yuta设计两轮自平衡机器人YamabicoKurara，其两轮独立驱动，并使用了陀螺仪和编码器。2002年，美国Segway公司研制出第一