车用永磁同步电机驱动控制系统研究与设计

发布时间：2017-07-08 10:28

  本文关键词：车用永磁同步电机驱动控制系统研究与设计

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【摘要】：由于国内经济的繁荣,给人们的生活方式带来了巨大的改变,中国内燃机车的年增长量呈现出每年增加的态势,如今中国已跻身汽车使用大国行列。汽车在为人们生活增添了许多便捷和乐趣,但它对地球生态环境的破坏问题亟待解决,能源紧缺和尾气排放已成为人们必须要面对的难题。不消耗不可再生自然资源、不排放尾气的电动汽车越来越为人们所青睐。现在我国电动汽车开发还处于起步阶段,车用电池的开发和车用电机驱动系统的开发为当前学术界所关注。本课题将对车用永磁同步电机的驱动系统进行研究与设计。为了更好的实现电动汽车用电机驱动系统的研究,本文将分析电动汽车的行使环境和行驶过程中的功率传递,结合电动汽车的数学模型,确定了整车所需的性能指标,进而确定了所需永磁同步电机的参数。针对PMSM数学模型,制定了矢量控制和0di?结合的控制方法。本文对矢量控制的基本原理进行了详细的分析,传统电压空间矢量调制算法先要经过扇区计算,再进行复杂的三角函数、无理数计算,使实时控制精度受到了很大影响,针对此问题本文提出了一种基于三矢量合成的无扇区划分调制算法,通过对两相静止坐标中的空间矢量的两轴分量进行合成,消除了扇区计算、三角函数计算,与传统调制方法相比,更易于DSP编程,有效提高了控制的快速性。根据所选择的控制策略,本文搭建了双闭环结构的永磁同步电机硬件系统,以IPM作为电机功率驱动模块,并根据IPM的性能和参数设计了转接驱动电路;以英飞凌32位DSP为核心设计了控制器主板,包括DC-DC供电系统、基于CPLD的硬件保护单元、采样单元、转子角位置和速度监测单元和CAN通讯单元。最后针对硬件平台,使用TC1782独有的通用定时器阵列模块完成了电压空间矢量算法,为控制器设计了主程序和中断程序等。经过调试分析,控制器可以输出正确的SVPWM波形,验证了本文所提出的控制算法的正确性,满足电动汽车用驱动技术的要求。
【关键词】：电动汽车 驱动控制器 永磁同步电机 矢量控制
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 本课题主要工作12-14
• 第二章 车用永磁同步电机驱动控制系统分析14-27
• 2.1 电动汽车运行状态分析14-19
• 2.1.1 电动汽车运行时的作用力分析14-16
• 2.1.2 电动汽车运行时的工况分析16-18
• 2.1.3 电动汽车运行时的功率转换分析18-19
• 2.2 电动车用永磁同步电机驱动控制系统分析19-22
• 2.3 永磁同步电机的数学模型22-25
• 2.4 永磁同步电机矢量控制策略选择25
• 2.5 本章小结25-27
• 第三章 无扇区划分电压空间矢量简化算法27-36
• 3.1 传统电压空间矢量控制算法的基本原理27-32
• 3.1.1 磁链圆的控制转化27-29
• 3.1.2 正六边形旋转磁链轨迹29-31
• 3.1.3 近似圆形的旋转磁场的实现31
• 3.1.4 扇区号的确定和作用时间的计算31-32
• 3.2 无扇区划分SVPWM算法32-35
• 3.2.1 基本矢量与Va和Vb矢量的关系32-33
• 3.2.2 选择合适的非零矢量33
• 3.2.3 计算非零矢量的作用时间33-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 车用永磁同步电机驱动系统硬件设计36-53
• 4.1 系统整体结构及控制器主板结构概述36-37
• 4.2 主控芯片选型和PWM输出电路设计37-39
• 4.2.1 TC1782 的特点和在汽车控制系统中的应用37-38
• 4.2.2 PWM输出电路的设计38-39
• 4.3 控制器DC-DC电源系统设计39-46
• 4.3.1 控制器电源需求和设计标准39-40
• 4.3.2 电源拓扑结构选择40-41
• 4.3.3 反激式变压器设计41-43
• 4.3.4 隔离电源反馈环路设计43-46
• 4.4 采样及硬件保护电路设计46-50
• 4.4.1 采样电路46-48
• 4.4.2 硬件保护电流设计48-50
• 4.5 CAN通讯电路设计50-51
• 4.6 旋变解码电路设计51-52
• 4.7 本章小结52-53
• 第五章 控制器软件设计和调试53-60
• 5.1 TC1782 的PWM信号生成模块53-54
• 5.2 电机驱动系统软件设计54-58
• 5.2.1 主程序结构设计54-56
• 5.2.2 DMA传送完成中断子程序设计56-58
• 5.3 实验验证58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 总结与展望60-61
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 发表论文和科研情况说明65-66
• 致谢66-67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 许家群,朱建光,邢伟,唐任远;电动汽车驱动用永磁同步电动机系统效率优化控制研究[J];电工技术学报;2004年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 朱晓琳;基于神经网络的感应电机矢量控制系统研究[D];华中科技大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 肖春燕;电压空间矢量脉宽调制技术的研究及其实现[D];南昌大学;2005年

2 梁欢迎;本质安全型单端反激变换器的分析与设计[D];西安科技大学;2008年

3 罗豪;异步电机矢量控制系统设计及其PI控制器参数优化研究[D];湖南大学;2009年

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本文编号：534196