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典型Ⅱ型系统抗干扰性能好，因此将转速环整定为典型Ⅱ型系统。此时转速、电流双闭环动态模型框图如图3-3所示。
__Un*IL(s)KT/JsΩ(s)+WASR(s)__UnUi*Id(s)Wcli(s)+α
图3-3 双闭环控制系统动态模型结构框图
图中，WASR(s)?Kn(?ns?1)为转速PI调节器, 将电压环设计成典型Ⅱ系统，则其单位负反馈?nsKn(?ns?1)?/?KTKN(?ns?1) 式中，TN?1/KI，?2?ns1/KIs?1Jss(TNs?1)开环传递函数为：WASR(s)?KN?Kn?KT。根据控制理论有：
?n?J ?n?hTN?h/KI?2h/Tpwm （3-3）
KN?因此:
Kn?h?1 222hTN(h?1)?J(h?1)?JTpwm （3-4） ?2h?TNKT4h?KT一般选择h?5。至此，电动自行车无刷直流电动机双闭环控制器参数初步整定完毕。
3、系统建模仿真
在实际的无刷直流电动机系统设计的过程中，为了缩短设计周期、降低研究成本和风险，可先借助建模与仿真技术，建立无刷直流电动机控制系统的仿真模型，对电动机的转速、转矩等参数变化进行分析，施加不同的控制算法以寻求最佳参数和设计最合理的系统模型，有效地节省实际控rt制系统的设计时间。
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本文利用MATLAB/Simulink建立了无刷直流电动机双闭环控制系统，如图3-4所示。外环为速度环，速度环使转速给定值变化，实际转速稳态无静差，并能获得较高的调速精度，采用积分分离PI调节。积分校正往往会使系统产生过大的超调量和长时间的波动，积分分离的PI算法既保持了积分的作用，有减少了超调量，使控制性能有了很大的改善。输出限幅决定于电动机允许的最大电流。内环为电流环，电流环使电流跟随电流给定的变化，保证起动时电动机能获得允许的最大电流，能提高系统的动态性能。电流环采取PI调节，电流可快速跟随给定变化。换相逻辑H相当于位置传感器输出的调制信号，保证电机绕组的正确换相。
在图3-4中有五个子系统：无刷电动机系统BLDCM，逆变器模型invert,换相逻辑子系统H，速度积分分离PI控制系统。
图3-4 BLDCM系统仿真图
图3-5为积分分离PI控制子系统。根据系统设定积分分离阀E，如图所示：速度PI调节器的输入?e1与E相比较，当|?e1|>E时，采用P调节，可使超调量大大降低；当|?e1|?E时，采用PI调节，可保证系统的控制精度。
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图3-5 积分分离PI控制子系统图
第五章 电动自行车控制器软件设计
一、系统软件总体设计
系统软件采用模块化设计，在AVR专用集成开发环境AVR studi04.l和编译器winAVR里由C语言编写完成，主要完成以下功能：
(1)实现无刷直流电动机的软启动和换相控制。软启动时，PWM占空比由小到大缓慢增加，以较大的力矩克服惯性和静摩擦力向前运转，同时根据电机中的霍尔信号换相，维持电机的运转。
(2)实现电动车控制器的功能设计，包括调速、巡航、柔性电子刹车等。
(3)无刷直流电动机双闭环控制。电流环为内环，电流调节器采用PI控制算法；速度环为外环，速度调节器采用模糊一PI控制算法。
(4)保证电动自行车及控制器的安全运行，设计了上电自检、堵转保护、过流保护、欠压回差保护以及防飞车保护。
(5)辅助功能的实现。接受外部速度给定信号，按键信号的输入处理和故障显示。
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1、主程序设计
主程序主要完成全局变量的定义、各模块的初始化、电机初始位置的检测、上电自检、防飞车保护以及速度、电流双闭环的计算，主程序的流程图如图5.1所示。
I/0初始化需要配置方向寄存器（DDRx)、数据寄存器(PORTx)和上拉使能寄存器(PINx)，确定端口是输出还是输入，输入是否上拉，输出是高电平还是低电平。输出I／O中，上桥驱动控制信号PB2＼PD5＼PD6初始化时均为低电平，下桥驱动控制信号PD3\\PB3＼PBl均为高电平，关闭电机输出。外模块初始化的模块为：通用定时器O～2和单片机自带的AD转换器。定时器0工作于定时模式，产生定时中断，同时输出PWM波形；定时器1和2工作于相位修正PWM模式，每个定时器产生两路PWM波形。AD转换采用O～2通道，单次转换模式，每次转换结束都产生AD中断，在中断中读取转换结果和切换转换通道，初始化的采样通道为通道O，即开机第一次采集得到的是电源电压值。系统级中断需配置MCU控制寄存器(MCUCR)。所有初始化完成后，打开总中断。
系统每次上电，首先进入防飞车保护检测，如图5.1中虚线框所示。所谓“防飞车保护”是指，当手把中霍尔传感器损坏后在手把松开归零后仍然输出一个大于零的电压值，接通电源，电机就会马上启动运转，为了防止发生安全事故，上电后需检测手把电压是否为零，为零时进入下一步操作，否则在此等待。
打开总中断后，程序进入主程序循环，根据采集得来的电流、速度数据进行PID运算。
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