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且具有较宽的电机效率曲线平台。一般称之谓效率特性曲线较硬，这能保证当负载及速度变化时，以较高的效率运行。电动自行车的动力源，电池的比能量和寿命近年来均有较大提高，以36V成组的铅酸电池组为例：在充完电后大多数电动自行车的续行里程能超过50公里或接近70公里。充电器也从原来的开关型向三段式、智能型充电器发展。电动自行车近年来的发展和进步是巨大的，这是广大业者的辛勤劳动和心血的结晶。

第二章 需求分析

一、电动自行车控制器目前的难点

电动自行车控制器的主要形式有：分立元件加少量集成电路构成的模拟控制系统、基于专用集成电路的控制系统、以微型计算机技术为核心的数模混合控制系统和全数字控制统。

模拟控制系统由于模拟电路中不可避免的存在参数漂移和参数不一致等问题，加上线路复杂、调试不便等因素，使电机的可靠性和性能受到影响，在电动自行车控制器中已经不采用了。

基于专用集成电路的控制系统采用无刷直流电动机专用集成电路如MC33033、MC33035、ML4428为控制核心，克服了分立元件带来的弊端，使控制电路体积小、可靠性高，但功能难以扩展，在早期的电动车控制器中较多采用。

数模混合控制系统和全数字控制系统采用数字电路、单片机以及数字信号处理器(DSP)构成硬件系统，控制规律由硬件实现转向软件实现。控制灵活、功能扩展方便且易实现较复杂的控制算法。目前的电动自行车控制器普遍采用这种控制系统。

当前，电动自行车控制器设计有待深入研究主要问题包括：

(1)转矩脉动问题。随着电动自行车的深入使用，人们对电动自行车的爬坡能力(即输出力矩)、启动噪声、骑行抖动等性能指标提出了更离要求。这些指标与无刷直流电动机的转矩脉动有直接关系，且无刷直流电动机与其他电动机相比，本身具有更大的转矩脉动。针对

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这一问题，人们从电动机本体和电动机控制系统两方面出发提出了多种转矩脉动控制方法。随着电动机设计技术和电动机控制技术的不断发展，这方面的研究还会不断深入的进行下去。

(2)调速方法。现在常用的控制方法是速度调节和电流调节均采用PI调节器的双闭环调速方法，因为其算法简单和可靠性高，尤其适用于可以建立精确数学模型的确定性控制系统，因此得到了广泛的应用。但由于电动自行车骑行路况的复杂性，不同的路况对电机电流和速度的调节有不同的要求，且需要控制器在各种参数不同的电机都能可靠运行，因此传统的PI调节器还不能完全满足其控制要求。如何在这些情况下进行速度调节就要求研究和设计人员投入更多的精力。

(3)控制器设计。出于成本考虑，无刷直流电动机控制系统设计普遍采用单片机的数字控制。以MCU为核心的控制系统并不是一个纯硬件的控制电路，它还必须配合软件系统才能控制无刷直流电动机正常工作。这也为控制系统的设计带来更大的灵活性。软件设计就必然涉及到控制算法的研究和应用。因此，研究先进的控制算法就成为设计无刷直流电动机控制系统的一个重要方面。而由于单片机本身资源的有限，在DSP上能实现的复杂控制算法要在单片机上实现，还要进行精简。所以研究已经较成熟的复杂控制算法在单片机上的应用也是一个重要的方面。

(4)电磁干扰。电磁兼容在应用电子线路中已日益受到人们的重视。无刷直流电动机是一种电子电机，同样有抗干扰和防止对外界干扰的要求。无刷直流电动机控制器是强、弱电共存的电路，对于采用PWM高频调制脉冲的控制器，高的调制频率很容易对控制器其他线路产生干扰，因此必须认真处理其间的电磁干扰和电磁兼容问题。目前，对无刷直流电动机的电磁干扰问题进行研究，已越来越受到重视。

二、控制器基本需求

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电动自行车控制器作为电动自行车的“神经中枢”，主要是协调电机和电源正常工作，同时保证驾驶尽可能经济、安全、环保。从以上两个方面决定了电动自行车控制器的发展方向，电机和电源的发展方向引导控制器的研究与开发的方向。驾驶操控性也同样决定其发展方向，其主要发展方向表现为以下几个方面：

1) 智能化。控制器不仅仅进行驱动控制，同时将成为动力和能源管理中心，通过根据路况和助力的情况，智能的调配动力能源，使得能源利用效率提高。

2) 定制化。高端的电动车市场主要是以品牌产品为主，不同的品牌产品其功能不尽。 3) 相同，因此对控制器的要求也不一样，因此在控制器高端产品中逐步走向定制化。 4) 强调管理功能。控制器功能越来越强大，逐步成为自行车的管理中心，如能源管理。 5) 人性化、傻瓜化。针对电动自行车的消费群体的广泛性，电动自行车的控制必须走向人性化，如引述数字显示技术、甚至声音控制技术等操控更加容易，更加安 全舒适。

6) 集成化。随着制造工艺的提高，MCU功能的强大，控制器逐步走向集成化，原来外部分立元器件较多，任何一个器件损坏都可能导致整个控制器瘫痪，而集成技术将原来的分立件集成到MCU中实现。保证了控制器的质量、减少返修率，缩小了控制器体积。另外还可以集成其他的功能如防盗系统功能。

第三章 浙江大学电气工程学院及系统科学与工程学系简介

浙江大学是国家教育部直属，学科门类齐全的综合性重点大学。电气工程学院（简称电气学院）由原浙江大学电机工程学系发展而来。该系历史悠久，始建于1920年，是我国创

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建最早的电机系之一。

电气学院位于浙江大学玉泉校区，设置有电机工程学、系统科学与工程学、应用电子学三个系和电工电子基础教学中心，三个系下属有电气工程及其自动化、自动化、电子信息工程、系统科学与工程四个本科专业。学院所属专业学科主要领域涉及电气工程、控制科学与工程、系统科学、电子科学与技术四个一级学科。学院设有“电气工程”、“控制科学与工程（共享）”、“电子科学与技术（共享）”三个学科博士后科研流动站，具有“电气工程”一级学科博士学位授予权，拥有十个二级学科，其中九个博士点、十个硕士点。

学院拥有电气工程一级学科国家重点学科，覆盖电机与电器，电力系统及其自动化、电力电子与电力传动、电工理论与新技术、高电压与绝缘技术、电力工程管理与信息化、航天电气技术等七个二级学科,另有系统分析与集成为省重点学科，电工理论与新技术为省重点扶植学科。电气工程学科先后被列入国家 “211”和“985”工程重点建设项目。

历年来，学院为社会培养了大批基础扎实、知识面广、适应能力强的人才，计本科毕业生16699名，授予硕士学位2591名，授予博士学位522名，出站博士后98名，毕业外国留学生91名。在学院学习或工作过的两院院士共21名。目前在校本科生1280名，硕士研究生1843名（其中工程硕士研究生1190名），博士研究生313名，在站博士后41名。

学院师资力量雄厚，既有资深博学的知名教授，如首批中国工程院院士汪槱生教授，中国科学院院士、原浙江大学校长韩祯祥教授，也有朝气蓬勃的中青年学术骨干，如国家有突出贡献的中青年科技专家、国家863集成电路设计SoC重大专项专家组组长严晓浪教授，中国电源学会副理事长徐德鸿教授，长江特聘教授盛况博士，求是特聘教授甘德强博士，国家杰出青年基金获得者叶旭东博士，IEEE Fellow何湘宁博士等；还有光彪教授彭方正博士（美国）、诸自强博士（英国）、刘大可博士（瑞典）、贺斌博士（美国）、李晓榕博士（美国）、

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