串励直流电机新型控制系统研究

发布时间：2017-08-13 10:40

  本文关键词：串励直流电机新型控制系统研究

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【摘要】：电机作为汽车的驱动,具有成本低廉、操作方便、低污染等优点,近年来在叉车、货车、电动代步车、观光游览车等行业应用十分广泛。串励直流电机具有启动转矩大、过载能力强、调速方法简单等优点,在电动汽车驱动电机中占有很大比例,尤其在叉车、货车等大负荷车辆驱动上具有较为明显的优势。直流串励电机传统的换向方法采用电磁换向接触器改变旋转方向,不能实现快速与高频率换向。同时,在传统控制方式中电枢与励磁串联绕组两端反向电动势低于供电电压,电机原则上只能工作在第一或第三象限。而电机若要在第二、第四象限运行,就必须要有应对能量再生的策略。本文以串励直流电机作为控制对象,提出了全桥-半桥混合桥式电路与四开关全桥式电路两种控制系统拓扑结构,通过比较最终确定选用四开关全桥电路作为本控制系统拓扑。本文研究了由四组半导体开关管MOSFET组成的桥式电路控制电机电子换向和四象限运行,通过控制四组开关元件的通断,改变电枢与励磁绕组的电流回路与方向,实现电机电磁力矩的改变和机械能向电池馈电,让直流串励电机可以在四个象限内运行。通过对串励直流电机运行特性的分析,基于BUCK降压原理对电机进行调压调速控制,并通过仿真验证控制方法的可行性。根据电机的控制要求设计控制系统的原理图,并绘制硬件电路板。实验表明,本文提出的控制方法能较好地实现对串励直流电机四象限运行的控制,达到了预设目标。本文还结合串励直流电机与直流无刷电机的结构优点,设计了可进行电磁力矩电子换向与四象限运行的电子换向串励直流电机结构,同时给出了该电机的控制方法与控制系统拓扑结构,分析了电机四个象限运行情况。
【关键词】：串励直流电机 电子换向 四象限运行 MOSFET
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM331.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景与选题依据8-9
• 1.2 电动汽车用驱动电机9-11
• 1.2.1 电动汽车对电机的性能要求9
• 1.2.2 电动汽车用电机分类9-11
• 1.3 电动汽车用驱动电机控制系统研究现状11-12
• 1.4 研究内容与意义12-14
• 1.4.1 研究内容12-13
• 1.4.2 研究意义13-14
• 第二章 串励直流电机控制方法的分析与设计14-33
• 2.1 串励直流电机运行特性14-16
• 2.1.1 转矩特性14-15
• 2.1.2 转速特性15
• 2.1.3 机械特性15-16
• 2.2 串励直流电机数学模型16-17
• 2.3 串励直流电机的运行控制17-22
• 2.3.1 串励直流电机的起动控制17-19
• 2.3.2 串励直流电机的调速控制19-20
• 2.3.3 串励直流电机的制动控制20-21
• 2.3.4 串励直流电机的旋转换向控制21-22
• 2.4 串励直流电机闭环调速系统的仿真与分析22-25
• 2.4.1 PID控制原理22-24
• 2.4.2 电机调速系统仿真24-25
• 2.5 电机控制系统的拓扑选型与控制过程25-33
• 2.5.1 电机运行的四个象限25-26
• 2.5.2 混合桥式电路拓扑结构26-29
• 2.5.3 四开关可逆H桥拓扑结构29-32
• 2.5.4 主电路拓扑选型32-33
• 第三章 串励直流电机控制系统硬件设计33-62
• 3.1 控制系统整体设计33-35
• 3.1.1 控制系统电气性能指标33
• 3.1.2 控制系统的原理框图设计33-34
• 3.1.3 控制系统外部器件接线设计34-35
• 3.2 辅助电源设计35-39
• 3.2.1 48V转12V电源35-38
• 3.2.2 12V转5V与5V转3.3V电源38-39
• 3.3 采样电路设计39-46
• 3.3.1 加速信号采样电路39-40
• 3.3.2 电磁制动要求信号采样电路40-42
• 3.3.3 电机转速采样电路42-43
• 3.3.4 控制系统温度采样电路43-44
• 3.3.5 电源母线电流采样电路44-45
• 3.3.6 电机旋转方向控制信号采样电路45-46
• 3.4 控制系统保护电路设计46-51
• 3.4.1 接触器及其驱动电路46-48
• 3.4.2 控制系统运行前检测电路48-50
• 3.4.3 H桥功率开关管驱动信号关断电路50-51
• 3.5 全桥斩波电路设计51-60
• 3.5.1 功率开关管与续流二极管选型51-52
• 3.5.2 开关电路损耗计算52-53
• 3.5.3 功率开关全桥电路53-55
• 3.5.4 全桥电路功率开关管驱动电路55-58
• 3.5.5 控制系统缓冲电路58-60
• 3.6 通讯电路设计60-62
• 第四章 串励直流电机控制系统软件设计62-68
• 4.1 主要模块设置62-64
• 4.1.1 PWM生成设置62-63
• 4.1.2 ADC设置63-64
• 4.1.3 速度曲线可变设计64
• 4.2 软件程序设计64-68
• 4.2.1 主程序设计64-65
• 4.2.2 控制系统的启动65-66
• 4.2.3 数字控制算法PI的实现66-68
• 第五章 实验结果分析68-71
• 第六章 总结与展望71-82
• 6.1 总结71
• 6.2 串励直流电机展望71-82
• 6.2.1 电子换向串励直流电机控制系统拓扑结构72-74
• 6.2.2 电机第一、三象限运行控制74-77
• 6.2.3 电机第二、四象限运行控制77-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 作者攻读硕士期间发表的文章与专利86-88

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