混合动力汽车永磁无刷直流电机控制系统开发

发布时间：2017-08-14 02:20

  本文关键词：混合动力汽车永磁无刷直流电机控制系统开发

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【摘要】：混合动力汽车既兼顾了传统燃料汽车的动力性能和纯电动汽车的充电续航问题,又减少了对环境的污染以及能源日益紧缺的矛盾,是目前汽车行业中较为热门的新兴领域。混合动力汽车的设计要解决的主要难题是电机控制策略和发动机与电动机动力耦合问题。随着现代计算机技术和控制理论的不断发展,混合动力汽车受到越来越广泛的关注和研究。本文着重介绍了以无刷直流电机为对象的电机控制策略,结合混合动力汽车和无刷直流电机的发展过程以及研究现状,并根据无刷直流电机的结构和电机的数学模型,阐述了无刷直流电机控制系统的控制思路。控制策略以经典PID控制算法为基础,详细阐述了离散化PID的控制理论,在软件中完成了控制算法的编程,以及配置PID参数的依据和过程。以TMS320F2812作为系统主控芯片完成了基于无刷直流电机的硬件和软件开发。硬件部分主要由DSP最小系统,电源模块,功率驱动模块,霍尔信号检测模块,pwm信号处理模块,控制信号输入模块几个部分组成。软件部分根据模块化的设计思路,将各个部分独立设计,建立程序流程图,其中包括系统初始化程序,换向程序,AD采集程序,测速程序,斜坡控制程序,PID调速程序,并在CCSv3.3平台中完成软件代码的编写。在Labview中搭建了上位机显示模块,实现了DSP与PC的通讯功能与实时数据监测。完成了电机相关测试实验,其中包括电机霍尔信号检测,AD信号采集,转速PID控制等实验,验证了电机控制系统开发的可用性。
【关键词】：混合动力 无刷直流电机 DSP2812 PID控制策略
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.7;U463.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 混合动力汽车的发展背景和研究意义8-9
• 1.2 无刷直流电机的发展及国内外研究现状9-12
• 1.2.1 无刷直流电机国外研究现状9-10
• 1.2.2 无刷直流电机的国内研究现状10-12
• 1.3 论文的研究内容及章节安排12-13
• 第二章 无刷直流电机及其控制算法13-23
• 2.1 无刷直流电机的结构和工作原理13-17
• 2.1.1 无刷直流电机的结构13-15
• 2.1.2 无刷直流电机的工作原理15-17
• 2.2 BLDCM的数学模型17-19
• 2.2.1 电压方程17-18
• 2.2.2 转矩方程18-19
• 2.3 传递函数模型19-20
• 2.4 无刷直流电机PID控制策略20-22
• 2.4.1 PID算法控制原理20-21
• 2.4.2 数字式PID算法控制原理21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 硬件系统设计23-41
• 3.1 主控芯片TMS320F2812简介23-26
• 3.1.1 DSP的结构、资源及性能24
• 3.1.2 DSP的中断系统24-25
• 3.1.3 DSP的事件管理器(EV)25-26
• 3.1.4 DSP的模数转换器(ADC)26
• 3.2 DSP的最小系统设计26-30
• 3.2.1 时钟电路27-28
• 3.2.2 电源电路28-29
• 3.2.3 复位电路29
• 3.2.4 JTAG接口电路29-30
• 3.3 无刷直流电机控制系统硬件电路设计30-36
• 3.3.1 电源模块31
• 3.3.2 功率驱动模块31-33
• 3.3.3 霍尔信号检测模块33-34
• 3.3.4 PWM信号处理模块34-35
• 3.3.5 控制信号输入模块35-36
• 3.4 保护电路设计36-37
• 3.4.1 过压、欠压保护电路36
• 3.4.2 电流调理电路36-37
• 3.5 端口名称及定义37-38
• 3.6 PCB设计38-40
• 3.6.1 PCB设计一般流程38-39
• 3.6.2 无刷直流电机控制系统PCB设计39-40
• 3.7 本章小结40-41
• 第四章 软件系统设计41-60
• 4.1 CCS v3.3 简介41
• 4.2 系统软件设计流程41-44
• 4.3 系统初始化程序与主程序44-45
• 4.4 各模块子程序设计45-53
• 4.4.1 换向程序设计45-46
• 4.4.2 AD采集程序设计46-48
• 4.4.3 测速程序设计48-50
• 4.4.4 斜坡控制器程序设计50-52
• 4.4.5 PID调速程序设计52-53
• 4.5 中断程序设计53-54
• 4.6 故障诊断程序54-56
• 4.7 基于LabVIEW的图形显示界面设计56-59
• 4.8 本章小结59-60
• 第五章 BLDCM控制系统实验与分析60-67
• 5.1 实验与分析60-66
• 5.1.1 霍尔信号采集61
• 5.1.2 PWM驱动信号61-62
• 5.1.3 PID调速控制62-64
• 5.1.4 4kW直流牵引电机控制系统调速实验64-66
• 5.2 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 附录73-74
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文74

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