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助(zhu)力低碳(tan)出行 | 基于(yu)ACM32 MCU的電動滑(hua)板車方案
前言
隨著智能(neng)科技的(de)(de)(de)快速發展(zhan)，電(dian)(dian)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)板車的(de)(de)(de)驅動(dong)(dong)系(xi)(xi)統(tong)(tong)也得到了長足的(de)(de)(de)發展(zhan)。國內外的(de)(de)(de)電(dian)(dian)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)板車用電(dian)(dian)機(ji)(ji)驅動(dong)(dong)系(xi)(xi)統(tong)(tong)分為傳統(tong)(tong)刷(shua)(shua)式電(dian)(dian)機(ji)(ji)和無(wu)刷(shua)(shua)電(dian)(dian)機(ji)(ji)兩種類型。其中，傳統(tong)(tong)的(de)(de)(de)刷(shua)(shua)式電(dian)(dian)機(ji)(ji)已經逐漸被無(wu)刷(shua)(shua)電(dian)(dian)機(ji)(ji)所取代，無(wu)刷(shua)(shua)電(dian)(dian)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)性能(neng)和壽命都更出色，已成為電(dian)(dian)動(dong)(dong)滑(hua)(hua)板車驅動(dong)(dong)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)主流。
根據QYRESEARCH數據顯示，2020年，全球電動滑板車產量為425萬輛。預計2027年產量達到1001萬輛，2021-2027年復合增長率12.35%。2020年全球總產值達12.1億美元。全國范圍內，2020年中國的產量達364萬輛，占全球電動滑板車總產量的85.52%；其次北美產量達53萬輛，占全球的12.5%，電動滑板車行業總體繼續保持穩健增長，協調發展的良好態勢，歐美日大部分從中國進口電動滑板車。
一(yi)、ACM32F403系列芯(xin)片規格介紹
? 采用M33內核，主頻最高可(ke)達180MHz，處理(li)性(xing)能最高可(ke)達248DMIPS（基于Dhrystone 2.1測(ce)試(shi)）
? 工作電(dian)壓范圍：1.7V~3.6V
? eFlash：256KB/512KB
? SRAM：96KB/192KB
? 高速(su)高精(jing)度(du)ADC，12位分辨(bian)率，2Msps
? 高級定(ding)時(shi)器(qi)1個，支持(chi)六步 PWM 輸出，32位通(tong)用計時(shi)器(qi)1個，16位通(tong)用計時(shi)器(qi)6個
? 通訊(xun)接口豐富：UART×4，LPUART×1，SPI×3，I2C×2，I2S×1，CAN×2，USBFS×1
? 封裝類型豐富：QFN32/LQFP48/LQFP64/LQFP100
? 車規級(ji)工(gong)作范圍：-40℃~125℃
? 工業級ESD標準：4000V(HBM)
? 內建 AES、 CRC、 TRNG等算法模塊，支持數學硬件加速
二(er)、上(shang)海航芯電動滑板車驅動方案(an)
上海航芯電(dian)(dian)(dian)動滑板(ban)車(che)方案采用(yong)ACM32F403作為(wei)主(zhu)控(kong)芯片，主(zhu)要電(dian)(dian)(dian)力來源為(wei)24V鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)組(zu)，通過電(dian)(dian)(dian)源轉換，為(wei)控(kong)制系(xi)統供電(dian)(dian)(dian)，同(tong)時也提供MOS的門(men)級驅動。通過HALL傳感(gan)器獲取輪(lun)轂電(dian)(dian)(dian)機的位(wei)置信(xin)息以及相(xiang)位(wei)，通過高速ADC采樣(yang)相(xiang)關電(dian)(dian)(dian)流。
三、有感FOC電機控制(zhi)
系 統(tong) 采 用 磁 場 導(dao) 向 控 制 （Field-oriented Control，FOC） 算法(fa)，FOC算法(fa)的實質是運用坐標(biao)變換將(jiang)三相(xiang)靜止坐標(biao)系下的電(dian)機(ji)相(xiang)電(dian)流轉(zhuan)換到相(xiang)對于轉(zhuan)子磁極軸線(xian)靜止的旋轉(zhuan)坐標(biao)系上，通過(guo)控制旋轉(zhuan)坐標(biao)系下的矢量大小和方向達到控制電(dian)機(ji)目的。
具體(ti)控制過程(cheng)如下：
（1）設置(zhi)iq_Ref的值來控制電機轉(zhuan)矩輸出，將iq_Ref設置(zhi)為(wei)0
（2）測量(liang)三相(xiang)定子(zi)電(dian)流(liu)ia、ib、ic。參照結合基爾霍夫定律：ia+ib+ic=0因此，實(shi)際上只要測量(liang)A相(xiang)和B相(xiang)定子(zi)電(dian)流(liu)ia和ib，C相(xiang)定子(zi)電(dian)流(liu)就能夠借助(zhu)上面的公式計算出(chu)來
（3）將測(ce)得(de)的三相(xiang)定子電(dian)流借(jie)助Clarke變(bian)換變(bian)換到(dao)二相(xiang)靜止坐標系α-β坐標系中，得(de)到(dao)iα和iβ
（4）借(jie)助位置編碼(ma)器(qi)檢(jian)測轉(zhuan)子角(jiao)度(du)，得到電角(jiao)度(du)θ。如下圖，d-q旋(xuan)轉(zhuan)坐標(biao)系(xi)相對(dui)于(yu)α-β靜態坐標(biao)系(xi)逆時針旋(xuan)轉(zhuan)角(jiao)度(du)θ，得到id，iq。在穩態條(tiao)件下，Id和(he)Iq是常數
（5）將id和iq的實際值與各自信號的參考值id_Ref和iq_Ref進行比較得到誤差信號。將誤差信號輸入PI控制器，得到應當需要施加在電機上的電壓矢量Vd和Vq
（6）借助(zhu)新的電角(jiao)度(du)，將PI控制器輸出的電壓(ya)矢量Vd和Vq借助(zhu)Park逆變(bian)換到靜止參考系α-β，求(qiu)出正交電壓(ya)值(zhi)Vα和Vβ
（7）Vα和Vβ經Clarke3逆變換(huan)得到三相定子應當需要(yao)施加的(de)電壓值Va、Vb、Vc
（8）3相(xiang)電(dian)壓(ya)值Va、Vb、Vc可(ke)用于(yu)計算新的PWM占(zhan)空比值，并借助SVM機制更新各相(xiang)PWM輸出，生成(cheng)所需(xu)的電(dian)壓(ya)矢量。這個過(guo)程也(ye)稱為(wei)SVPWM
（9）參照結合控制對象當前狀態更新參考值(zhi)iq_Ref，然后返回1）開始(shi)新一輪調整
結(jie)語(yu)
隨(sui)著社會(hui)(hui)環(huan)保意識的(de)(de)(de)提高和(he)城市交通擁堵問題的(de)(de)(de)加劇，電動滑板(ban)車(che)(che)(che)作為一(yi)種綠(lv)(lv)色、便攜、省錢的(de)(de)(de)交通工具，將會(hui)(hui)越來越受歡(huan)迎。各國向人(ren)們提供旅游補(bu)貼，提倡綠(lv)(lv)色旅游，中國對歐洲的(de)(de)(de)自行車(che)(che)(che)和(he)電動滑板(ban)車(che)(che)(che)出口猛增。中國有(you)一(yi)個完整的(de)(de)(de)產業鏈，從零部(bu)件到整車(che)(che)(che)裝配，電動滑板(ban)車(che)(che)(che)的(de)(de)(de)未來仍是一(yi)個不(bu)斷(duan)升溫的(de)(de)(de)過程。
