SCHNEIDER ATV320U40N4C 控制器

張黔豫 180 6446 5927

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控制器是自動化系統中不可或缺的組成部分。它通過接收來自傳感器或其他設備的輸入信號，并根據預設的控制策略或算法，產生相應的輸出信號，從而實現對被控對象的精確控制。控制器廣泛應用于工業、交通、家居等領域，能夠提高系統的效率和穩定性，減少能源浪費，增強安全性和便利性。隨著技術的發展，控制器的智能化和網絡化將成為未來發展的重要趨勢。

控制系統就是控制器，概括地說就是一個系統，它將監督電機及電路的運行狀態等各種有用的信號進行采樣及分析，然后轉變為控制指令或者保護指令。對電動自行車控制器而言，便是將給定的電機速度信號、轉子位置信號及定子的電壓、電流反饋信號轉變為控制信號或者保護指令，進而監督電機控制電路的運行狀態；采樣及對比分析并將信號轉變為控制指令，從而控制電機的啟動或停止、加速或減速等運行狀態。

本系統主要是對驅動電機速度的控制，這就需要根據轉子位置的信號來確定換相操作，所以按照電機工作流程采用三環控制接口：電流環、位置環和速度環；按照電機的正�？刂朴锌刹捎秒p環控制接口：開環啟動控制和閉環速度調控。

電機的啟動采用三段式恒壓升頻啟動方式，電機的調速通過采集霍爾轉把的線性電壓變化，來實時改變主控芯片對應的 PWM 占空比。PWM 分為單極性 PWM 和雙極性 PWM，經過以往的經驗可知，一般采用單極性 PWM，因為單極性 PWM 控制的電流波動最大值也只有雙極性 PWM 控制電流波動最大值的一半，所以考慮到減小電流脈動及功率管的開關損耗，本電機控制器采用單極性 PWM 控制技術。

在以單M CU為核心的嵌入式系統中，MCU 的最小系統就是典型的核心構件。中間構件既有需求接口又有提供接口；而終端構件只有需求接口，因此只能接受服務。利用硬件構件進行嵌入式系統硬件設計之前，必須進行硬件構件的合理劃分，按照一定規則，設計與系統目標功能無關的的構建個體，然后進行組裝，完成具體系統的硬件設計。

本設計選的外接電源是七組串聯鋰電池，其采用安全系數高的錳酸鋰電池，經過國家法定機構充電放電、短路、跌路、加熱、擠壓、針刺等6大實驗，達到國家863范圍要求，并采用銅薄膜防爆閥，從根本上解決了鋰電池易爆易燃的問題。

這款電池最大輸出電壓為29.6V。為使系統正常工作，需要將電壓轉換為15V 和5V。其中15V電源主要用于功率MOS管自舉升壓驅動電路。5V電源則為MOS管驅動電路、主控芯片、線性霍爾轉把、高低壓剎把及保護電路模塊提供穩定的電源。在電源通往各模塊間，大量使用了二極管來保證控制器的穩定性。

為了便于理解本電路的原理及后面的測試方法，首先要熟悉一個關鍵的元件即場效應管（也叫 MOS 管），它承載了驅動電機的開關的作用。場效應管分為 N 溝道型場效應管和P溝道型場效應管兩種。一般N型功率型場效應管的VGS閾值電壓都會在3～20V 之間。

過零檢測的及時性和準確性影響著電機的運行，當過零檢測不準或著不及時時，則電機因為缺相而抖動，嚴重的或造成短時間短路而燒壞控制器。因此在硬件上采用LM339 高速比較器來采樣截至相的感應電動勢和總線中點電壓進行比較，使用 MCU的輸入捕捉功能來捕捉輸出信號。電動自行車控制器是用來控制電動自行車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及電動自行車的其它電子器件的核心控制器件，它就像是電動自行車的大腦，是電動自行車上重要的部件。電機控制器是無刷直流電機正常運行并實現各種調速控制功能的指揮中心，它主要完成以下任務：對各種輸入信號進行邏輯綜合，為驅動電路提供各種控制信號；產生PWM脈寬調制信號，實現電機的調速；對電機進行速度環和電流環調節，使系統具有較好的動態和靜態性能；實現短路、過流、欠壓等一些故障保護功能。

嵌入式系統是軟件與硬件的結合體，硬件設計和軟件設計必須相輔相成。嵌入式系統中的驅動程序是直接工作在各種硬件設備上的軟件，正是由于驅動程序的存在，各種硬件設備才能正常工作，從而達到理想工作效果，嵌入式軟件構件是實現一定嵌入式系統功能的一組封裝的、規范的、可重用的、具有嵌入特性的軟件單元，是組成嵌入式系統的功能單位。A/D 轉換模塊（Analog To Digital Convert Module）即模/數轉換模塊，其功能是將電壓信號轉換為相應的數字信號。實際應用中，這個電壓信號可能由溫度、濕度、壓力等實際物理量經過傳感器和相應的變換電路轉化而來。經過 A/D 轉換后，MCU就可以處理這些物理量。進行 A/D 轉換，應該了解以下一些基本問題：第一，采樣精度是多少；第二，采樣速率有多快；第三，濾波問題；第四，物理量回歸等。