自平衡式两轮电动车电机驱动系统设计

发布时间：2017-06-25 18:09

  本文关键词：自平衡式两轮电动车电机驱动系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,汽车行业的快速发展,汽车成为人类生活中主要的交通工具,随着汽车保有量快速增加,其弊端日益凸显,带来的能源、环境和交通问题困扰着人类的日常生活,迫切需要清洁能源的新型交通工具的诞生。自平衡式两轮电动车应运而生,其清洁、轻巧方便,成为研究的热门课题。对平衡车的研究包括多个方面,其中运动和平衡控制是其核心部分。由于平衡车的控制需求高,常采用国外进口电机,但成本昂贵,不便于普及,本文课题的主要目的就是针对自平衡式两轮电动车,设计一套对于国产电机的驱动系统,降低平衡车的成本,同时满足和实现平衡车的运行和平衡控制。本文首先通过电机的性能比较,选出适合平衡车系统的永磁同步电机；其次对电机的模型进行理论分析和构建,对其进行坐标变换,实现解耦,等效成直流电机进行控制,控制性能得以提高,控制电机时使用空间矢量脉宽调制技术,且采用线性霍尔传感器作为转子位置检测元件,并通过零漂抑制电路,消除位置信号的零点漂移,提高转子位置精度,此外还对转子位置信号分区间读取,避免溢出和提高读取精度,满足平衡车控制需求的高精度；然后分别设计电机驱动系统的电源电路、功率模块、采样电路和保护电路等硬件电路,以及对平衡车运行和平衡控制进行软件编程和实现；最后对整个系统进行搭建和试验,对实验结果进行分析。实验结果表明：电机经过采取线性霍尔传感器和零漂抑制电路,有效的提高转子位置检测精度,满足平衡车需求；并通过空间脉宽调制技术矢量控制实现自平衡两轮车运行和平衡控制。实现了针对自平衡式两轮电动车采用国产电机的电机驱动系统的设计,降低了平衡车成本,利于平衡车日常生活的普及和使用。
【关键词】：自平衡式两轮电动车 永磁同步电机 空间矢量脉宽调制技术 线性霍尔传感器
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U48;TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究的背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 控制电机的发展与应用概况11-12
• 1.4 本课题研究的主要内容12-14
• 2 PMSM结构和模型14-22
• 2.1 PMSM结构14
• 2.2 PMSM的物理模型14-15
• 2.3 PMSM的数学模型15-21
• 2.3.1 三相静止坐标系下的数学模型15-17
• 2.3.2 坐标变换17-20
• 2.3.3 旋转坐标系下的数学模型20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 PMSM的矢量控制和转子位置检测22-37
• 3.1 矢量控制22-25
• 3.1.1 矢量控制的原理22
• 3.1.2 矢量控制策略22-25
• 3.2 空间矢量脉宽调制技术25-34
• 3.2.1 空间矢量脉宽调制技术简介25-26
• 3.2.2 SVPWM的原理26-28
• 3.2.3 SVPWM常规实现28-31
• 3.2.4 SVPWM查表实现31-34
• 3.3 转子位置检测34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 硬件电路的原理及设计37-49
• 4.1 硬件结构框图37
• 4.2 供电电源硬件设计37-40
• 4.2.1 电机供电电路37-38
• 4.2.2 控制供电电路38-40
• 4.3 功率驱动模块40-42
• 4.3.1 驱动模块电路40-41
• 4.3.2 硬件互锁和死区保护电路41-42
• 4.4 控制芯片42-45
• 4.4.1 TMS320F28069主控芯片42-44
• 4.4.2 STM32F103CBT6芯片44-45
• 4.5 转子位置检测电路45-47
• 4.6 电机电流检测电路47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 5 控制软件设计49-58
• 5.1 软件控制策略49-50
• 5.2 程序设计50-53
• 5.2.1 主程序流程图50-51
• 5.2.2 中断子程序51-53
• 5.3 PI控制算法53-54
• 5.4 PD控制算法54-55
• 5.5 霍尔位置解码55-57
• 5.6 本章小结57-58
• 6 实验结果58-64
• 6.1 实验平台58-60
• 6.2 实验结果分析60-63
• 6.3 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-67
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 苏建中;郭晓颖;马志国;闫志平;;旋转变压器在开关磁阻电机中的应用[J];电机技术;2011年06期

2 刘娟;胡泽;庄培;;基于DSP的电动车用感应电机矢量控制研究[J];科学技术与工程;2013年18期

3 余恒;林文立;岳岱巍;陈丹;武霆;;基于DPA-Switch的反激式开关电源设计[J];通信电源技术;2008年02期

4 孙鹄;张建峡;;基于SVPWM永磁同步电动机系统仿真实验研究[J];实验科学与技术;2013年05期

5 陈荣;;面装式永磁同步电机伺服系统电流控制方法研究[J];电机与控制应用;2006年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 丁凤;一种新型两轮自平衡小车的建模与控制[D];华中科技大学;2012年

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本文编号：483053