基于FOC算法的汽车电子水泵控制器设计与实现
发布时间：2021-04-24 12:17
冷却系统是汽车发动机的重要组成部分。冷却系统工作状态直接影响汽车发动机的使用寿命和燃油经济性。冷却系统部件主要包括:节温器、散热风扇和水泵等。水泵的作用是对冷却液加压,保证其在冷却系统中循环流动。传统汽车水泵由发动机皮带驱动,其转速直接与发动机转速耦合,不能有效匹配散热需求。电子水泵由ECU根据发动机实际工况动态调整转速,能够有效提高发动机使用寿命,降低发动机燃油消耗,具有良好市场前景,受到国内外各大主机厂重视。采用PMSM（永磁同步电机）和无传感器FOC（磁场定向控制/矢量控制）算法,论文设计实现了一款汽车电子水泵控制器。首先,论文基于PMSM数学模型推导了定子电压方程、磁链方程、电磁转矩方程和运动方程,研究了矢量控制算法（电流环PI控制、转速环PI控制、空间矢量脉宽调制等）。然后,研究了PMSM转子位置获取和无传感器控制策略。采用阶跃IQ启动作为开环启动策略,采用龙伯格观测器和锁相环得到PMSM转子位置和转速信息。论文基于PMSM和FOC算法设计实现了汽车电子水泵控制器。采用NXP公司MC9S12ZVML128芯片作为主控MCU。系统硬件主要包括电源电路、MCU及外围电路、PMSM...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 PMSM控制系统国内外研究现状
1.2.1 PMSM控制算法国内外研究现状
1.2.2 无传感器矢量控制算法国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 PMSM数学模型和矢量控制理论
2.1 PMSM结构与分类
2.2 PMSM数学模型
2.3 矢量控制理论
2.3.1 电流环
2.3.2 转速环
2.3.3 空间矢量脉宽调制技术
2.4 常用矢量控制方法
2.5 本章小结
第三章 无位置传感器PMSM矢量控制系统
3.1 Luenberger观测器
3.1.1 工作原理
3.1.2 PMSM原系统Luenberger观测器
3.2 转子位置和转速估算方法
3.2.1 反正切函数法
3.2.2 锁相环法
3.3 无位置传感器PMSM矢量控制策略
3.3.1 初始位置设置
3.3.2 开环启动和闭环运行
3.4 本章小结
第四章 汽车电子水泵控制器硬件设计
4.1 系统硬件总体结构
4.2 电源电路设计
4.3 MCU及外围电路设计
4.3.1 MCU芯片
4.3.2 复位电路、振荡器电路和下载调试电路
4.3.3 振荡器电路的PCB布局
4.4 PMSM驱动电路设计
4.4.1 自举电路
4.4.2 电荷泵
4.4.3 选择功率MOSFET
4.4.4 电路布局
4.5 单电阻电流采样电路设计
4.5.1 电流检测放大器接口
4.5.2 电流采样电阻的选择
4.6 LN通信接口电路设计
4.7 总板布局
4.8 本章小结
第五章 汽车电子水泵控制器软件设计
5.1 软件总体结构
5.2 PMF重载中断服务程序
5.2.1 单电阻相电流重构
5.2.2 矢量控制和故障保护状态机
5.3 本章小结
第六章 汽车电子水泵控制器性能测试结果与分析
6.1 测试环境
6.2 控制器启动性能测试与分析
6.2.1 低速启动性能测试与分析
6.2.2 高速启动性能测试与分析
6.3 控制器母线电流稳定性测试与分析
6.4 控制器转速稳定性测试与分析
6.5 控制器效率测试与分析
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年全球汽车市场发展情况分析[J]. 杨帆,康凯. 汽车与配件. 2018(17)
[2]煤矿单轨吊运输系统永磁同步电机控制器的Simulink仿真[J]. 贾倩倩,姚明远,丁鹏,黄鹤松. 自动化技术与应用. 2018(05)
[3]基于载波频率成分的永磁同步电机转子定位研究[J]. 朱军,田淼,付融冰,刘慧君. 电力系统保护与控制. 2015(14)
[4]改进型永磁同步电机全速度范围无传感器控制策略[J]. 张磊,高春侠. 电机与控制学报. 2012(07)
[5]无速度传感器永磁同步电机反推控制[J]. 刘栋良,郑谢辉,崔丽丽. 电工技术学报. 2011(09)
[6]基于载波频率成分法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 高宏伟,于艳君,柴凤,程树康. 中国电机工程学报. 2010(18)
[7]内埋式永磁同步电机的弱磁控制策略[J]. 唐朝晖,丁强,喻寿益,桂卫华,李勇刚. 电机与控制学报. 2010(05)
[8]基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器[J]. 张猛,肖曦,李永东. 中国电机工程学报. 2007(36)
[9]永磁同步电动机无传感器控制综述[J]. 于艳君,程树康,柴凤. 微电机. 2007(08)
博士论文
[1]高速永磁同步电机驱动控制关键技术研究[D]. 谭广军.哈尔滨工业大学 2013
[2]永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究[D]. 王子辉.浙江大学 2012
[3]无位置传感器永磁直线同步电机进给系统初始位置估计及控制研究[D]. 陆华才.浙江大学 2008
[4]电机传动系统参数辨识方法的研究[D]. 吴靖.浙江大学 2008
[5]永磁同步电动机磁场定向控制的研究[D]. 尚喆.浙江大学 2007
[6]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学 2005
硕士论文
[1]纯电动汽车用永磁同步电机无位置传感器控制研究[D]. 张雅歌.吉林大学 2018
[2]永磁同步电机控制器参数自整定技术研究[D]. 胡小林.西南交通大学 2018
[3]基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制的研究[D]. 孙高阳.北京交通大学 2018
[4]永磁同步电机在汽车电子水泵控制中的优化和设计[D]. 徐珊珊.天津工业大学 2018
[5]基于PMSM的汽车线控转向系统控制器的研究与实现[D]. 王岁.天津工业大学 2018
[6]基于永磁同步电机数学模型的矢量控制理论、仿真、实验及应用研究[D]. 刘晓黎.合肥工业大学 2017
[7]永磁同步电动机无传感器矢量控制研究[D]. 林燕强.浙江大学 2016
[8]永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究与设计[D]. 凌鑫明.浙江工业大学 2015
[9]车用电动空调驱动电机的无位置传感器控制[D]. 刘志磊.湖南大学 2015
[10]电动汽车空调压缩机永磁电机无传感器控制[D]. 冯慧.上海交通大学 2015
本文编号：3157345
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 PMSM控制系统国内外研究现状
1.2.1 PMSM控制算法国内外研究现状
1.2.2 无传感器矢量控制算法国内外研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 PMSM数学模型和矢量控制理论
2.1 PMSM结构与分类
2.2 PMSM数学模型
2.3 矢量控制理论
2.3.1 电流环
2.3.2 转速环
2.3.3 空间矢量脉宽调制技术
2.4 常用矢量控制方法
2.5 本章小结
第三章 无位置传感器PMSM矢量控制系统
3.1 Luenberger观测器
3.1.1 工作原理
3.1.2 PMSM原系统Luenberger观测器
3.2 转子位置和转速估算方法
3.2.1 反正切函数法
3.2.2 锁相环法
3.3 无位置传感器PMSM矢量控制策略
3.3.1 初始位置设置
3.3.2 开环启动和闭环运行
3.4 本章小结
第四章 汽车电子水泵控制器硬件设计
4.1 系统硬件总体结构
4.2 电源电路设计
4.3 MCU及外围电路设计
4.3.1 MCU芯片
4.3.2 复位电路、振荡器电路和下载调试电路
4.3.3 振荡器电路的PCB布局
4.4 PMSM驱动电路设计
4.4.1 自举电路
4.4.2 电荷泵
4.4.3 选择功率MOSFET
4.4.4 电路布局
4.5 单电阻电流采样电路设计
4.5.1 电流检测放大器接口
4.5.2 电流采样电阻的选择
4.6 LN通信接口电路设计
4.7 总板布局
4.8 本章小结
第五章 汽车电子水泵控制器软件设计
5.1 软件总体结构
5.2 PMF重载中断服务程序
5.2.1 单电阻相电流重构
5.2.2 矢量控制和故障保护状态机
5.3 本章小结
第六章 汽车电子水泵控制器性能测试结果与分析
6.1 测试环境
6.2 控制器启动性能测试与分析
6.2.1 低速启动性能测试与分析
6.2.2 高速启动性能测试与分析
6.3 控制器母线电流稳定性测试与分析
6.4 控制器转速稳定性测试与分析
6.5 控制器效率测试与分析
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 论文工作总结
7.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年全球汽车市场发展情况分析[J]. 杨帆,康凯. 汽车与配件. 2018(17)
[2]煤矿单轨吊运输系统永磁同步电机控制器的Simulink仿真[J]. 贾倩倩,姚明远,丁鹏,黄鹤松. 自动化技术与应用. 2018(05)
[3]基于载波频率成分的永磁同步电机转子定位研究[J]. 朱军,田淼,付融冰,刘慧君. 电力系统保护与控制. 2015(14)
[4]改进型永磁同步电机全速度范围无传感器控制策略[J]. 张磊,高春侠. 电机与控制学报. 2012(07)
[5]无速度传感器永磁同步电机反推控制[J]. 刘栋良,郑谢辉,崔丽丽. 电工技术学报. 2011(09)
[6]基于载波频率成分法的内置式永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 高宏伟,于艳君,柴凤,程树康. 中国电机工程学报. 2010(18)
[7]内埋式永磁同步电机的弱磁控制策略[J]. 唐朝晖,丁强,喻寿益,桂卫华,李勇刚. 电机与控制学报. 2010(05)
[8]基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速和磁链观测器[J]. 张猛,肖曦,李永东. 中国电机工程学报. 2007(36)
[9]永磁同步电动机无传感器控制综述[J]. 于艳君,程树康,柴凤. 微电机. 2007(08)
博士论文
[1]高速永磁同步电机驱动控制关键技术研究[D]. 谭广军.哈尔滨工业大学 2013
[2]永磁同步电机全速度范围无位置传感器控制策略研究[D]. 王子辉.浙江大学 2012
[3]无位置传感器永磁直线同步电机进给系统初始位置估计及控制研究[D]. 陆华才.浙江大学 2008
[4]电机传动系统参数辨识方法的研究[D]. 吴靖.浙江大学 2008
[5]永磁同步电动机磁场定向控制的研究[D]. 尚喆.浙江大学 2007
[6]永磁同步电机伺服系统控制策略的研究[D]. 林伟杰.浙江大学 2005
硕士论文
[1]纯电动汽车用永磁同步电机无位置传感器控制研究[D]. 张雅歌.吉林大学 2018
[2]永磁同步电机控制器参数自整定技术研究[D]. 胡小林.西南交通大学 2018
[3]基于高频信号注入的永磁同步电机无传感器控制的研究[D]. 孙高阳.北京交通大学 2018
[4]永磁同步电机在汽车电子水泵控制中的优化和设计[D]. 徐珊珊.天津工业大学 2018
[5]基于PMSM的汽车线控转向系统控制器的研究与实现[D]. 王岁.天津工业大学 2018
[6]基于永磁同步电机数学模型的矢量控制理论、仿真、实验及应用研究[D]. 刘晓黎.合肥工业大学 2017
[7]永磁同步电动机无传感器矢量控制研究[D]. 林燕强.浙江大学 2016
[8]永磁同步电机无位置传感器矢量控制系统的研究与设计[D]. 凌鑫明.浙江工业大学 2015
[9]车用电动空调驱动电机的无位置传感器控制[D]. 刘志磊.湖南大学 2015
[10]电动汽车空调压缩机永磁电机无传感器控制[D]. 冯慧.上海交通大学 2015
本文编号：3157345
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