電動(dòng)控制器壓力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電動(dòng)自行車控制器壓力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc332926718 1.背景 PAGEREF _Toc332926718 h 2 HYPERLINK l _Toc332926719 2.電動(dòng)控制器原理 PAGEREF _Toc332926719 h 3 HYPERLINK l _Toc332926720 2.1控制器結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc332926720 h 3 HYPERLINK l _Toc332926721 控制輸入模塊 PAGEREF _Toc332926721 h 3 HYPERLINK l _Toc332926722

2、核心控制模塊 PAGEREF _Toc332926722 h 3 HYPERLINK l _Toc332926723 2.2主體功能 PAGEREF _Toc332926723 h 4 HYPERLINK l _Toc332926724 3.壓力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc332926724 h 5 HYPERLINK l _Toc332926725 3.1功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc332926725 h 5 HYPERLINK l _Toc332926726 3.2硬件原理設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc332926726 h 6 HYPERLINK l _Toc332926

3、727 3.3軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc332926727 h 7背景電動(dòng)自行車中影響質(zhì)量的關(guān)鍵部件是電機(jī)和控制器，控制器是電動(dòng)自行車的大腦，它的質(zhì)量影響到電機(jī)、電源的壽命，還與行車的安全性和平穩(wěn)性關(guān)系密切?？刂破鞯馁|(zhì)量由其控制特性和可靠性兩方面決定?？刂铺匦灾饕鸽姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、調(diào)速特性和負(fù)載能力。運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性除與電機(jī)機(jī)械和裝配質(zhì)量有一定的關(guān)系外，還與控制器、電機(jī)間的匹配及采用的控制技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系。而控制器的可靠性與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、采用的元器件、電路設(shè)計(jì)、裝配質(zhì)量等因素有關(guān)。可靠性是控制器重要特性，要提高可靠性必須有專業(yè)的測(cè)試方法對(duì)控制器的可靠性進(jìn)行檢查，但是當(dāng)前的測(cè)試儀

4、器大部分都是對(duì)控制器的功能進(jìn)行手動(dòng)的測(cè)試，缺乏自動(dòng)的壓力測(cè)試系統(tǒng)，因此為了解決這個(gè)問題，而設(shè)計(jì)了電動(dòng)控制器壓力測(cè)試系統(tǒng)。電動(dòng)控制器原理2.1控制器結(jié)構(gòu)控制器由控制信號(hào)輸入模塊，核心處理模塊和狀態(tài)顯示模塊三大部分組成?？刂戚斎肽K制信號(hào)輸入模塊包括剎車信號(hào)，調(diào)速信號(hào)，巡航信號(hào)三個(gè)輸入信號(hào)，它們分別起到剎車、加速/減速和巡航的作用。核心控制模塊核心控制模塊的核心是單片機(jī)和控制軟件系統(tǒng)，它將手柄上的控制輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)電機(jī)的控制信號(hào)控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，它除了完成輸出無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要的PWN信號(hào)外，還必須完成制動(dòng)斷電、欠壓保護(hù)、過流保護(hù)盒限速保護(hù)幾個(gè)功能。2.2主體功能一般來說，控制器的主體功能包含以

5、下幾個(gè)部分：PWN信號(hào)輸出直流電機(jī)的調(diào)速是通過調(diào)節(jié)脈沖波的占空比來改變定子繞組平均電壓V來實(shí)現(xiàn)的，PWM（脈寬調(diào)制）是調(diào)節(jié)其占空比的一種常用方式。常用PWM調(diào)制方式分為全橋PWM調(diào)制方式和半橋PWM調(diào)制方式。全橋PWM調(diào)制方式是指在任意一個(gè)60o區(qū)間內(nèi)，上、下橋臂的功率開關(guān)同時(shí)進(jìn)行斬波調(diào)制。而半橋PWM調(diào)制方式是指在任意一個(gè)60o區(qū)間內(nèi)，只有上橋臂或下橋臂的功率開關(guān)進(jìn)行斬波調(diào)制。與半橋調(diào)制方式相比，全橋調(diào)制方式降低了系統(tǒng)效率，給散熱帶來困難。因此，考慮到功率開關(guān)的動(dòng)態(tài)損耗，在PWM調(diào)制方式上，控制器幾乎都采用了半橋調(diào)制方式。制動(dòng)斷電 電動(dòng)自行車車把上兩個(gè)鉗形制動(dòng)手把均安裝有接點(diǎn)開關(guān)。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，

6、開關(guān)被推押閉合或被斷開，而改變了原來的開關(guān)狀態(tài)。這個(gè)變化形成信號(hào)傳送到控制電路中，電路根據(jù)預(yù)設(shè)程序發(fā)出指令，立即切斷基極驅(qū)動(dòng)電流，使功率截止，停止供電。因而，既保護(hù)了功率管本身，又保護(hù)了電動(dòng)機(jī)，也防止了電源的浪費(fèi)。欠壓保護(hù)當(dāng)放電最后階段，在負(fù)載狀態(tài)下，電源電壓已經(jīng)接近“放電終止電壓”，控制器面板（或儀表顯示盤）即顯示電量不足，引起騎行者的注意，計(jì)劃自己的行程。當(dāng)電源電壓已經(jīng)達(dá)到放終時(shí)，電壓取樣電阻將分流信息反饋入比較器，保護(hù)電路即按預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出指令，切斷電流以保護(hù)電子器件和電源。 過流保護(hù) 由于短路、超載或其他原因可能引起電流超過電流上限的情況，電流超限對(duì)電機(jī)、電源盒電路一系列元器件都可

7、能造成損傷，甚至燒毀，這是絕對(duì)應(yīng)當(dāng)避免的。控制電路中，必須具備這種過電流的保護(hù)功能，在過流時(shí)經(jīng)過一定的延時(shí)即切斷電流限速保護(hù)車速超過某一預(yù)定值時(shí)，電路停止供電不予助力。對(duì)電動(dòng)型電動(dòng)自行車而言，統(tǒng)一規(guī)定車速為20km/h，車用電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，額定轉(zhuǎn)速就已經(jīng)設(shè)定好了，控制電路也已經(jīng)設(shè)好。電動(dòng)自行車只能在不超過這個(gè)速度狀態(tài)下運(yùn)行。 壓力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1功能設(shè)計(jì)壓力測(cè)試的就是通過模擬控制器長(zhǎng)時(shí)間的工作狀態(tài)來檢查控制器可靠性和穩(wěn)定性，因此壓力測(cè)試系統(tǒng)包含下列功能：人機(jī)交互人機(jī)交互的功能完成測(cè)試人員與測(cè)試系統(tǒng)的交互，負(fù)責(zé)將設(shè)置模型和參數(shù)輸入測(cè)試系統(tǒng)，包括總共測(cè)試時(shí)間，運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間剎車，然后又開始重新運(yùn)行

8、，加速與減速設(shè)置，固定速度設(shè)置，設(shè)置測(cè)試結(jié)果和打印測(cè)試結(jié)果控制信號(hào)模擬為了讓控制器進(jìn)行工作，需要模擬電動(dòng)車上的控制信號(hào)輸入到控制器，控制信號(hào)輸入模塊負(fù)責(zé)輸出，剎車信號(hào)，調(diào)速信號(hào)，巡航信號(hào)和霍爾信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)通過持續(xù)間斷的輸入這些信號(hào)來模擬電動(dòng)車的實(shí)際工作狀態(tài)電機(jī)模擬模擬電機(jī)的功能主要用于測(cè)試功率輸出管的可靠性，通過采用等價(jià)電阻的形式的來模擬電機(jī)的負(fù)載，該模塊的功能不負(fù)責(zé)產(chǎn)生霍爾信號(hào)，霍爾信號(hào)通過控制信號(hào)模擬模塊輸出電池模擬電池模擬模塊負(fù)責(zé)模擬電動(dòng)車上的電池組，為控制器提供動(dòng)力，在測(cè)試系統(tǒng)中主要模擬電池組的兩種狀態(tài)，一種是電池組電壓充足情況，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常工作，另一種是欠壓保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)控制

9、器應(yīng)該切斷電池組供電，保護(hù)電池組過分放電。3.2硬件設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)的硬件包括單片機(jī)、存儲(chǔ)器、電池模擬模塊、電機(jī)模擬模塊和主機(jī)通信模塊幾個(gè)部分。單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)采用intel 8031系統(tǒng)，外擴(kuò)4K RAM作為運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，16K ROM作為程序存儲(chǔ)區(qū)，P0.0-P0.7作為數(shù)據(jù)和地址復(fù)用通道，P2.0-P2.6作為地址選擇通道。與主機(jī)采用P3.0,P3.1作為串口通信口，接收主機(jī)對(duì)測(cè)試參數(shù)的設(shè)置和測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)的返回。P1口作為單片機(jī)的I/O口使用，P1.0產(chǎn)生剎車信號(hào)輸出到控制器，當(dāng)控制器接收到剎車信號(hào)后，輸出到模擬電機(jī)上的電壓應(yīng)該降為0，P1.1產(chǎn)生調(diào)速信號(hào)輸出到控制器，控制器加到電機(jī)模擬模

10、塊上Ua、Ub和Uc上的PWM的占空比應(yīng)該做出相應(yīng)的變化；P1.2產(chǎn)生巡航信號(hào)，當(dāng)控制器接收到巡航信號(hào)時(shí)，它的輸出功率保持恒定功率勻速行駛，控制器輸出到Ua、Ub和Uc上的PWM占空比應(yīng)該基本穩(wěn)定；P1.3，P3.4，P3.5模擬產(chǎn)生電機(jī)的霍爾信號(hào)，它通過檢查Ua、Ub和Uc上的電壓變化轉(zhuǎn)換而成。電機(jī)模擬模塊電機(jī)模擬模塊通過采用等效電阻的方式來模擬負(fù)載，用于測(cè)試功率管的可靠性，霍爾信號(hào)則通過單片機(jī)檢測(cè)Ua，Ub和Uc上的電壓變化來轉(zhuǎn)換生成。電池模擬模塊電池模擬模塊負(fù)責(zé)給控制器提供電源，它完成兩個(gè)功能，一個(gè)是模擬電池組的正常工作電壓，另一個(gè)則是模擬欠壓情況下的電壓。當(dāng)模擬電池組正常工作時(shí)，三態(tài)門

11、處于高阻態(tài)，當(dāng)模擬欠壓時(shí)，三態(tài)門導(dǎo)通，通過調(diào)整電阻的大小讓加到電阻兩端的電壓達(dá)到電池組非正常電壓的狀態(tài)。3.3軟件設(shè)計(jì)測(cè)試人員、測(cè)試控制主機(jī)、單片機(jī)和控制器的時(shí)序關(guān)系測(cè)試控制主機(jī)軟件設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)單項(xiàng)測(cè)試單項(xiàng)測(cè)試測(cè)試人員可以選擇重點(diǎn)關(guān)注的項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試，包括常見剎車測(cè)試、加速測(cè)試、減速、電池欠壓保護(hù)測(cè)試、過載保護(hù)測(cè)試五個(gè)單項(xiàng)測(cè)試，測(cè)試人員可以輸入測(cè)試次數(shù)和測(cè)試時(shí)間，來對(duì)控制器進(jìn)行壓力測(cè)試和可靠性進(jìn)行測(cè)試。綜合壓力測(cè)試測(cè)試人員可以根據(jù)測(cè)試模型設(shè)置測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試順序和測(cè)試持續(xù)時(shí)間，比如按照加速減速剎車欠壓保護(hù)過載保護(hù)順序，每分鐘切換測(cè)試信號(hào)，持續(xù)測(cè)試1天。測(cè)試模版管理測(cè)試模版管理包括模版的新建、修改和刪

12、除幾個(gè)功能，模版的用途就是講常用的測(cè)試模型保持下來，根據(jù)需要復(fù)用測(cè)試模型，減少每次定義測(cè)試設(shè)置參數(shù)的時(shí)間。輸出測(cè)試報(bào)告測(cè)試系統(tǒng)自動(dòng)輸出測(cè)試報(bào)告，包括測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試順序、信號(hào)頻率、每項(xiàng)測(cè)試次數(shù)、測(cè)試結(jié)果、測(cè)試持續(xù)時(shí)間等。測(cè)試人員可以根據(jù)需要查詢測(cè)試過程中，測(cè)試失敗的前項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目和測(cè)試時(shí)間，進(jìn)行問題回溯。串行通信設(shè)置測(cè)試主機(jī)與單片機(jī)采用串口進(jìn)行通信，主機(jī)將測(cè)試參數(shù)通過串口設(shè)置到單片機(jī)，單片機(jī)將測(cè)試結(jié)果通過串行口返回到主機(jī)界面設(shè)計(jì)界面設(shè)計(jì)采用windows風(fēng)格的圖形界面。單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)主流程功能設(shè)計(jì)加速測(cè)試控制器通過調(diào)整PWM的占空比來改變電機(jī)Ua、Ub和Uc上的電壓來控制電機(jī)的速度，電壓越大速度就

13、愈大，反之就越小。開始測(cè)試的時(shí)候檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果不為零，調(diào)用剎車程序?qū)⑺俣冉禐榱悖⑶掖_保電壓控制功能沒有啟動(dòng)，在1分鐘內(nèi)平均每間隔5秒鐘持續(xù)4秒輸入加速信號(hào)，然后檢查Ua、Ub和Uc上的電壓與上次電壓比較，在沒有達(dá)到設(shè)定的最大值前，電壓一直在增加則測(cè)試通過，反之測(cè)試失敗，將結(jié)果返回主機(jī)。減速測(cè)試開始測(cè)試的時(shí)候檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果不為零，調(diào)用剎車程序?qū)⑺俣冉禐榱悖⑶掖_保電壓控制功能沒有啟動(dòng)，然后調(diào)用加速程序，在1分鐘內(nèi)持續(xù)輸入加速信號(hào)，將速度加到一定的初始值，在1分鐘內(nèi)平均每間隔5秒鐘持續(xù)4秒輸入減速信號(hào)，然后檢查Ua、Ub和Uc上的電壓與上次電壓比較，在沒有達(dá)到零之前，電壓一直在降低則測(cè)試通過，反之測(cè)試失敗，將結(jié)果返回主機(jī)。剎車測(cè)試確保電壓控制功能沒有啟動(dòng)，調(diào)用加速程序，在1分鐘內(nèi)持續(xù)輸入加速信號(hào)，將速度加到一定的初始值，然后持續(xù)2秒輸出剎車信號(hào)，檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果均為零則通過則測(cè)試通過，反之測(cè)試失敗，將結(jié)果返回主機(jī)。欠壓保護(hù)測(cè)試確保電壓控制功能沒有啟動(dòng)，調(diào)用加速程序，在1分鐘內(nèi)持續(xù)輸入加速信號(hào)，將速度加到一定的初始值，然后在P2.7上輸出導(dǎo)通信號(hào)，此時(shí)加到控制上電壓將降到欠壓狀態(tài)，控制器應(yīng)該啟動(dòng)欠壓保護(hù)動(dòng)作，檢查Ua、Ub和Uc上電壓是否都為零，如果均為零則通過則測(cè)試通過，