电动自行车控制系统
第一章概述 (3)
第二章市场需求 (4)
1、经济因素 (4)
2．环保因素 (5)
3.发展前景 (5)
第三章电动自行车的构成 (6)
1．电源(蓄电池) (6)
2.电机 (6)
3．控制器 (6)
第四章无刷直流电动机的工作原理与控制方案的确定 (8)
1.无刷直流电动机的发展现状 (8)
2.当前国内外无刷直流电动机的研究动态 (9)
3.无刷直流电动机的工作原理 (10)
4.无刷直流电机的数学模型 (14)
(1)电压方程 (14)
a.两相导通状态 (15)
b.两相续流状态 (15)
c.换相状态 (17)
（2）.转矩方程 (18)
(3).无刷直流电动机的传递函数 (19)
第五章电动自行车控制器的系统分析与设计 (20)
1.控制结构 (20)
2.控制技术 (21)
（1）.电动运行 (21)
（2）.回馈制动 (24)
3.电动自行车控制系统仿真分析 (26)
(1).双闭环控制系统 (26)
(2).控制器参数整定 (26)
a. 电流环参数整定 (27)
b. 转速环参数整定 (28)
(3).系统建模仿真 (29)
第六章电动自行车控制器的功能与工作原理 (31)
1.功能 (31)
2.工作原理 (32)
第一章概述
中国发展电动车具有独特的有利条件。其中，一个非常重要的因素是市场。中国人口众多，具有世界最庞大的自行车市场。目前自行车拥有量为4亿多辆，如把10％的自行车换成电动自行车，就需4000万辆电动自行车，以每辆均价500元计算，就是60个亿，这是一个巨大的市场。
1999年5月国家质量技术监督局发布了《电动自行车通用技术条件》国家标准，为电动自行车规模化生产提供了条件，经过2003、2004年连续两年的快速发展，中国电动自行车行业呈现出一片欣欣向荣的景象。2005年全行业电动自行车产销量在1200万辆左右，对比2004年增长率在15％-20％左右，销售规模达到150亿元。从全球市场上看日本雅马哈、本田、三洋、松下等知名公司纷纷进入电动自行车行业且日益扩大生产规模；德、英、奥、意、美等国著名的自行车厂商和公司在也纷纷加入。可以说，电动自行车产业有着非常广阔的应用前景。近几十年来，主要工业化国家为电动车的开发投入了大量的人力和财力，电动车的各项相关技术也取得了重大的进展。尽管电动车在能源和行驶里程的研制方面，至今尚未取得突破性的进展，但是电动车的美好前景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型电动车，改善其性能
处于世纪之交的今天，能源和环境对人类的压力越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。为了适应这个发展趋势，世界各国的政府、学术界、工业界正在加大对电动车开发的投资力度，加快电动车的商品化步伐。
中国作为自行车最大拥有国，电动自行车的发展与国外基本同步，至2002年，已有电动自行车生产厂近300家(不含配套厂)，电动自行车保有量200多万辆。我国对电动车的发展极为重视，早在1992年就把电动车的开发列人国家“八五”重点科技攻关项目。作为“自行车王国”，电动自行车的发展符合我国国情。1997年，轻工行业就制定了电动自行车行业标准。1999年，又制定了电动自行车国家标准，该标准对电动自行车的生产、销售进行了强制性规范。电动自行车在我国经历了十几年的发展，无论从产量还是质量来看都有了很大的进步，目前我国从事电动自行车整车生产厂家已经超过2000家，从事电动自行车配件生产厂家达到3500多家，其中80%以上为民营企业，目前我国的电动行车发展已经形成了四大片区：以无锡、台州为中心的江浙地区东部片区，生产豪华型电动车
为主；以天津为中心的华北片区，主要生产简约性电动自行车为主，以广东东莞为中心的华南片区；以及逐步发展起来的上海和山东片区。98年我国发展电动车以来产量大幅增长，从1998年的5.8万辆发展到2009年的2369万辆。目前我国电动自行车的保有量已经超过1.2亿台（此部分包括了未进入统计的一些小型工厂的销量）。截至目前为止我国电动车出口占全世界出口量的90%[虽然目前电动车在能源和行驶里程方面还未能尽如人意，但已足以满足人们的基本需要。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而
艰难的发展历程之后，电动车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要交通工具。
现代电动车是融合了电力、电子、机械控制、材料科学以及化工技术等多种高新技术的综合产品。整体的运行性能、经济性等首先取决于电池系统和电机驱动控制系统。电动车的电机驱动系统一般由4个主要部分组成，即控制器、功率变换器、电动机及传感器。目前电动车中使用的电动机一般有直流电动机、感应电动机、开关磁阻电动机以及永磁无刷电动机等。
第二章市场需求
1、经济因素
随着改革开放的深入，几乎所有城市都在规划市政蓝图，市区范围迅速向农村伸展，城市的交通压力越来越大；同时农村“村村通公路"政策的实施，使人们出行里程明显增加。因此合适的交通工具的出现反映了这种市场需求， 90年代初燃油助力车的火爆旺销现象就是这种供求关系的证明。
国外人们出行普遍选择小汽车，而在中国，只有少数人才能买的起小汽车，而绝大多数人还不具备买小汽车的经济能力。同时燃油价格的飞速上涨，停车库位的紧张也阻碍了人们对小汽车的购买力。摩托车曾一度成为人们理想的出行工具，但我国城市道路的严重不足，一般城市很难大量接纳卡车、轿车甚至摩托车，很多城市都已经“禁摩”。电动自行车具有摩托车的优点，速度、外观、乘载货物都能与摩托车相媲美，且轻便灵活、价格适中、嗓音低，在行进过程中基本不
会发生交通堵塞的情况。因此在摩托车受限制的情况下，从市政、交通、收入等客观现状来看，选择电动自行车出行是市民比较理想的交通王具之一。
2．环保因素
能源紧张、环境污染、大气污染已是全球性的问题，而我国尤为严重，人口占世界20％，石油储藏量仅占l.8％，目前社会经济高速发展，对石油能源需求很大，电动自行车“以电代油"，是未来交通的发展方向。
如果以电动自行车代替摩托车，可以做如下计算：一辆摩托车的l00公里油耗以2公升计算，年平均行驶l万公里，以8年寿命计算，每辆摩托车的总油耗为l.184吨。全国年产1000万辆电动自行车，就为社会带来的油料节约高达量1184万吨。
每辆摩托车年耗油200公升，汽油以每公升4元计算，8年期内的总能源支出为6400元；电动自行车每百公里电耗约1.2度，年行驶l万公里，总电量为120度，每度电以O．5元计算，则8年内的总支出为480元，仅为摩托车油费支出的7.5％，节约费用高达5920元，以年产lOOO万辆计算，电动自行车为人民众节约能源支出总值达592亿元。
燃油尾气是大气污染的主要因素，尤其是燃油机动车辆的尾气排放。电动自行车采用电能驱动，不产生任何有害气体，这是小汽车和摩托车无法比拟的。
计算一辆摩托车的尾气排放情况，以较高水平的欧II标准限值保守估算，每公里有害物质净值排放分别为：一氧化碳5.5克，碳氢化合物1.2克，氮氧化合物O.3克，仅此三项合计为7克。年行驶1万公里，则排放有害物质净值70千克，8年寿命则总排放560千克。由此可以，以电动自行车车代替摩托车的环境收益巨大。以2005年为例，全国总产量若为1000万辆，则其环境总效益为：“减少有害物质总排放560万吨”。
3.发展前景
中国发展电动车具有独特的有利条件。其中，一个非常重要的因素是市场。中国人口众多，具有世界最庞大的自行车市场。目前自行车拥有量为4亿多辆，如把10％的自行车换成电动自行车，就需4000万辆电动自行车，以每辆均价500元计算，就是60个亿，这是一个巨大的市场。
1999年5月国家质量技术监督局发布了《电动自行车通用技术条件》国家标
准，为电动自行车规模化生产提供了条件，经过2003、2004年连续两年的快速发展，中国电动自行车行业呈现出一片欣欣向荣的景象。2005年全行业电动自行车产销量在1200万辆左右，对比2004年增长率在15％-20％左右，销售规模达到150亿元。从全球市场上看日本雅马哈、本田、三洋、松下等知名公司纷纷进入电动自行车行业且日益扩大生产规模；德、英、奥、意、美等国著名的自行车厂商和公司在也纷纷加入。可以说，电动自行车产业有着非常广阔的应用前景。
第三章电动自行车的构成
1．电源(蓄电池)
雅马哈电动车电源为电动自行车动力系统及控制系统提供能量。蓄电池的电能容量、伏安特性、寿命等质量因素对整个动力系统有非常大的影响阳1。目前电动自行车用蓄电池基本是经济实惠的铅酸电池。大多数电动自行车采用48V12AH、36V12AH 铅酸电池，24V12AH的电池由于续行里程较短，选择得比较少。环保效能更好的镍氢电池和锂电池则因为成本较高，导致配载这两种电池的电动自行车售价偏高。
如果其成本有所下降，进而降低车的售价，那么以配载锂电池与镍氢电池为主的电动自行车将会大面积普及。燃氢电池、纳米碳管蓄能高、寿命长、性能优良但成本高昂，随着科技的发展，它们将是未来电动自行车动力源的发展方向。
2.电机
电气技术发展到今天，各种电机的生产控制技术已经相当成熟，电动自行车电机有多种可以选择，但普遍选择的还是有刷直流电动机和无刷直流电动机(BLDCM)。采用这两种电机的原因在于它们的控制方法简单，整车成本相对低廉，控制性能可以满足自行车要求。无刷直流电动机控制稍复杂，但因没有电刷而在寿命、安全方面优于有刷直流电机。电动自行车电机的驱动方式有：轮毂式驱动、中置式驱动和悬
挂式驱动。市场上电动自行车以轮毂驱动为主，而轮毂驱动又以后轮驱动为好，前轮驱动性能相对较差。绝大多数电动自行车采用的是直流轮毂电机，它们为外转子式，这样定子可以固定在轴承上，非常适用于电动车的驱动。3．控制器