电动汽车电机驱动系统控制方法研究

发布时间：2020-06-09 11:23

【摘要】：电机驱动系统作为纯电动汽车的“心脏”,决定着电动汽车的最高时速、输出转矩等关键性能。近年来随着新能源电动汽车产业的兴起,电机驱动系统控制方法成为研究热点。本论文从实际需求出发,对适用于电动汽车电机驱动系统的高性能控制方法及其软件设计展开研究,在此基础上开发了一款扭矩控制的电机驱动控制器样机。首先,为了简化控制器设计,提高控制效率,本文在转子旋转坐标系上建立了永磁同步电机的电流解耦控制数学模型,提出了电机驱动系统采用矢量控制的总体控制方案。其次,针对于传统经典矢量控制方法直接应用于电动汽车电机驱动系统的不足,本文对矢量控制系统框架下的高性能电流控制方法和高效PWM技术进行了深入探究。在高效电流控制方法方面,在电机升速过程中使用最大转矩电流比控制、恒转矩控制和最小磁链转矩比控制相结合的方法,基于电压矢量和转速大小对电流轨迹进行自动控制,有效解决了传统方法鲁棒性差、转矩输出能力不足、系统调速范围窄的缺点;使用电流反馈PI控制器的同时,对其输出进行前馈和防饱和补偿处理,实验表明这种方法提高了系统的快速响应性和抗干扰性。在高效PWM技术方面,通过对比分析,使用空间电压矢量脉宽调制技术对系统电压进行调制,以提高系统的直流电压利用率,减小输出转矩脉动。最后,本文综合提出了一种新颖的满足电动汽车电机驱动系统需求的矢量控制系统方案。对于上述控制方案的软件编写,和一般的程序设计不同,本文编制的系统软件使用由框架层、硬件层及功能模块层组成的分层软件架构,有效降低了软件模块耦合,方便了软件后续扩展。其中,中断程序设计使用两级嵌套中断,在完成系统复杂计算任务的同时对常见系统故障进行处理,保障了系统控制的实时性和安全性。通过台架实验,测试了本课题研制的电动汽车电机驱动控制器样机转速输出、转矩输出、功率输出、系统效率等性能特性,试验结果表明其满足了电动汽车电机驱动系统的基本性能要求。
【图文】：

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图 1-1 电动汽车控制系统结构图电机驱动系统通过 CAN 总线接收来自整车 ECU 的转矩控制信号，，在电池管理系统供给电能的情况下控制汽车行驶，它是整个电动汽车的动力来源。一般来说，电动汽车电机驱动系统主要包括控制板、驱动板、功率板和电机，如图 1-2 所示。图 1-2 电机驱动系统结构图控制板以微控制器 MCU 为核心，主要负责接收整车控制器给定的转矩信号，旋转变压器反馈的速度信号、霍尔传感器反馈的电流信号，然后根据合适的控制算法计算并发出控制逆变器换向的开关 PWM 波信号。驱动板主要实现控制板开关PWM 波信号从弱电到强电的转换，功率板根据强电 PWM 波信号打开或关闭

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3图 1-2 电机驱动系统结构图控制板以微控制器 MCU 为核心，主要负责接收整车控制器给定的转矩信号转变压器反馈的速度信号、霍尔传感器反馈的电流信号，然后根据合适的控制计算并发出控制逆变器换向的开关 PWM 波信号。驱动板主要实现控制板开WM 波信号从弱电到强电的转换，功率板根据强电 PWM 波信号打开或关OSFET 功率开关器件将车载电池系统的直流电逆变成交流电驱动车载三相永
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.72

【参考文献】