电动汽车用无刷直流电机控制系统研究与设计

发布时间：2017-09-25 17:12

  本文关键词：电动汽车用无刷直流电机控制系统研究与设计

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【摘要】：随着社会经济、科技的不断发展与进步,能源危机和环境污染等问题日渐突出。传统内燃机汽车对能源需求量巨大,而且带来了严重的环境污染问题,电动汽车的出现对解决能源和环境问题,开辟了新的发展领域。电动汽车是未来汽车产业新的发展方向,对其电机驱动系统的研究至关重要。无刷直流电机驱动系统在运转效率、速度调节等方面尤为突出,并且具有结构简单、维护方便、噪声低等优点在电动汽车领域应用越来越广泛。相对于国内的电动汽车行业,机电控制系统通常由国外引进,成本高的同时限制了国内行业技术的发展,因此对无刷直流电动机驱动系统的研究有广阔的市场前景和实用价值。本文主要的研究对象是无刷直流电机,并对其驱动系统进行设计,使电机运行平稳,减小其波动与噪声。论文首先分析了电机的基本构成和运行方式,根据电机的数学模型和控制理论,结合电动汽车用电机的应用要求和使用范围,在Matlab/Simulink仿真平台中,创建了无刷直流电机控制系统的仿真模型。在矢量控制方式下,结合模糊PID控制算法与SVPWM调制方式,在得出仿真结果后,进行比较分析确定最优的控制方式,并为之后的实物硬件设计提供理论依据。根据控制系统的性能参数,采用美国TI公司的产品TMS320F2812DSP作为系统主控芯片,完成电机控制器的硬件电路与软件系统设计并制作PCB板。硬件设计主要有电源电路、数据处理芯片DSP电路、驱动电路、逆变电路、电压与电流采集电路、位置信号检测电路、隔离保护电路、输入与输出控制电路。软件部分主要包括主程序、电流中断、位置中断和故障中断程序,最后完成控制系统调试,得到的实验结果和理论仿真结果相符,验证了本文设计方案切实可行。
【关键词】：电动汽车 无刷直流电机 模糊PID控制算法 SVPWM调制
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM33;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景与意义10
• 1.2 电动汽车在国内外发展的现状10-11
• 1.3 电动汽车整体结构及电机驱动系统11-13
• 1.3.1 电动汽车整体结构11-12
• 1.3.2 电机驱动系统12-13
• 1.4 永磁无刷直流电机的控制技术研究13-14
• 1.5 本文研究的主要内容14-15
• 第2章 无刷直流电机系统的结构及运行原理15-21
• 2.1 无刷直流电机系统的基本构成15-16
• 2.2 无刷直流电机的工作原理16-19
• 2.3 无刷直流电机数学模型19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 无刷直流电机控制系统方案设计21-37
• 3.1 无刷直流电机位置信号检测方法21-22
• 3.2 电流与转速双闭环控制策略22
• 3.3 PID原理分析22-24
• 3.3.1 PID控制器22-24
• 3.3.2 采样频率的选取24
• 3.4 模糊控制的基本原理与构成24-26
• 3.5 控制器的模糊化方式设计26-27
• 3.5.1 模糊语言变量的确定26-27
• 3.5.2 解模糊化处理27
• 3.6 模糊PID控制器设计27-30
• 3.6.1 模糊PID控制器的原理27-28
• 3.6.2 电机模糊PID控制器设计28-30
• 3.7 矢量控制及空间电压矢量（SVPWM）调制30-36
• 3.7.1 矢量控制原理30-32
• 3.7.2 空间电压矢量SVPWM调制方式32-36
• 3.8 本章小结36-37
• 第4章 无刷直流电机控制系统建模与仿真研究37-46
• 4.1 电机控制系统的整体设计37
• 4.2 电机控制系统的仿真模型37-41
• 4.2.1 矢量坐标变换模块38
• 4.2.2 SVPWM仿真模块38-41
• 4.2.3 模糊PID仿真模块41
• 4.3 仿真实验结果41-45
• 4.3.1 电机电磁转矩仿真结果41-44
• 4.3.2 电机转速仿真结果44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 无刷直流电机控制系统硬件与软件设计46-59
• 5.1 控制系统总体硬件设计简述46-52
• 5.1.1 核心控制单元46-47
• 5.1.2 逆变电路47
• 5.1.3 IGBT驱动电路47-48
• 5.1.4 光耦隔离电路48-49
• 5.1.5 电流检测电路49
• 5.1.6 电压检测电路49-50
• 5.1.7 电动汽车调速电路50-51
• 5.1.8 显示输出电路51
• 5.1.9 PCB板设计51-52
• 5.2 电机控制系统软件设计52-55
• 5.2.1 控制系统总体设计52
• 5.2.2 中断子程序52-55
• 5.3 实验结果调试与分析55-58
• 5.3.1 控制方式比较56-57
• 5.3.2 调制方式比较57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 攻读硕士学位期间发表的学术成果64-65
• 致谢65

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本文编号：918543