电动自行车控制器研究与设计

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1、硕士学位论文电动自行车控制器研究与设计ResearchandDesignofElectricBicycleController作者：陶梦江导师：张晓副教授中国矿业大学二O一五年四月中图分类号TM351学校代码10290UDC621.3密级公开中国矿业大学硕士学位论文电动自行车控制器研究与设计ResearchandDesignofElectricBicycleController作者陶梦江导师张晓申请学位工学硕士培养单位信电学院学科专业电气工程研究方向电力电子与电力传动答辩委员会主席何凤有评阅人二O一五年四月论文审阅认定书研究生陶梦江在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研

2、究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢本论文的选题、研究直到最后的撰写和修改都是在我的导师张晓副教授的精心指导、亲切关怀和严格要求下完成的。在这三年的研究生学习和生活中，张老师给了我极大的帮助和支持。老师高尚的敬业精神、广博的科技视野、深厚的学术造诣、严谨的治学态度和高度的责任感给我留下深刻印象，是我今后学习工作的榜样。借此论文完成之际，向张老师致以崇高的敬意和由衷的感谢！同时，我要向叶宗彬副教授表示最真诚的感谢和敬意，感谢叶老师

3、的教导，给我这么多实践锻炼的机会，让我领略到电力电子与电力传动独特的魅力。感谢谭国俊教授、何凤有教授、邓先明教授以及江苏省电力电子与电力传动工程中心为我三年的研究生学习提供良好的实验环境和指导。在攻读学位期间，张传金博士、张辉博士、王珂博士以及已经毕业的刘晓雷、邓庆伟、王殿俊、黄落成等师兄给予我热情地支持与帮助。在课题研究与论文的写作过程中，得到了王志川、王宁宁、徐亚雷、王晓杰、吴远、杨飞、陈好等师弟们的大力支持，在此表示衷心的感谢。感谢同窗好友秦魏、刘鹏、姚宏伟、穆明亮、徐欢庆、呼小亮、陈建宇等这些年在学习和生活上给予的照顾和欢乐。然后要感谢父母及家人，正是由于他们对我的理解、支持和

4、关爱，才让我能克服困难，顺利完成学业。谨以此文献给所有关心我的老师、同学、朋友以及亲人们。最后，向在百忙之中审阅我的论文和参加答辩的每一位老师表示衷心的感谢！摘要在绿色可持续发展的时代要求下，电动自行车以环境友好、中短途便捷、价格低廉等优势展现出迅猛的发展势头和巨大的经济前景。为了更好的用户体验，采用矢量控制的永磁正弦波电机正在引领电动自行车新一轮技术升级浪潮。本文基于控制性能和成本管控的要求下完成电动自行车控制器的研究与设计。首先阐述不同坐标系下永磁同步电机的数学模型以及Simulink永磁电机集成模块的角度补偿方法。设计完成电动自行车六步法控制方案与实验。为了满足PMSM矢量控制方

5、案对位置角度与电流的反馈要求，讨论有无传感器方案的优缺点，采用具有成本优势的低分辨率霍尔位置细分技术以及电流重构技术实现电动自行车用永磁同步电机矢量控制系统设计。阐述了霍尔位置估算的三种算法原理，并结合电动自行车运行工况对比分析三种算法的控制效果。研究分析了三电阻电流重构以及单电阻重构的关键技术以及硬件要求。研究了在控制芯片不能完全满足重构硬件要求的条件下采用周期保持法实现电流重构。在升级控制芯片后，研究了单电阻周期内PWM脉冲移相重构方案。在分析总结一般的脉冲平移分类方法的基础上，重新讨论移相原理，简化电流非观测区域脉冲平移分类算法以降低算法的复杂度。以控制硬件成本为出发点，完成隔离

6、式、非隔离开关电源以及MOSFET驱动等硬件电路设计、Saber仿真以及实验测试。结合NuMicroM058系列芯片特点与硬件配合完成软件开发。使用测功机系统完成控制器性能测试，结果表明本文设计的E-bike矢量控制器实现了低成本高性能的设计目标。关键词：永磁同步电机；矢量控制；霍尔测速；电流重构；开关电源IAbstractIntheeraofgreenandsustainabledevelopment,electricbicyclesareexperiencingrapiddevelopmentandgenerategreateconomicprospectsfortheadvant

7、agesofenvironmentallyfriendly,convenientinshortways,lowpricesandsoon.PMSM(PermanentMagneticssynchronousMotor)undervectorcontrolisleadinganewwaveofelectricbicycletechnologyupgradewhichaimstoprovidebetteruserexperience.Thepape