基于DSP的电动汽车交流异步电机控制系统研究与开发

发布时间：2017-10-04 16:46

  本文关键词：基于DSP的电动汽车交流异步电机控制系统研究与开发

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【摘要】：在能源危机与环境污染日益严重的今天,电动汽车的兴起有着十分重要的意义,而电机是电动汽车的驱动心脏,尤其是在电池容量等技术还没有解决的前提下,电机控制系统是保证汽车续航里程的关键,其控制效果直接影响电动汽车性能的优劣。在电动汽车所用的电机控制系统中,交流电机控制系统凭借着低成本、高可靠性以及良好的调速性能得到了广泛的应用。因此研究交流异步电机控制系统对于控制理论的研究和电动汽车的研发有着重要的意义。本文结合目前控制技术、通信技术和计算机技术的发展,设计和开发了交流异步电机控制系统,为研究交流异步电机的多种控制算法提供了软硬件平台。本文首先分析了控制对象交流异步电机和控制算法矢量控制的原理,明确本课题主要设计需求。接着,在需求分析的基础上设计出系统总体架构,系统由以DSP为核心的控制器和基于C#的WPF框架的监控软件构成,其中控制器与监控软件通过CAN总线通信。随后,本文先后详细介绍了系统控制器、通信协议和监控软件的设计与实现。对于控制器的设计,本文选用美国德州仪器公司开发的专门用于电机控制的DSP芯片TMS320F2811作为控制器核心芯片,并在此基础上完成了控制器软硬件系统的设计。硬件系统主要包括主芯片最小系统、电源模块、驱动模块、检测模块、数字量模拟量输入模块以及通信模块,软件系统主要包括检测模块、驱动模块、驱动保护模块以及通信模块。对于通信协议的设计,本文设计了基于CAN2.0B协议的应用层协议,完成了通信报文类型和格式的定义。对于监控软件的设计,本文采用模块化的设计思想将监控软件设计成CAN总线通信处理层、数据处理层和界面层三大模块。对于CAN总线通信处理层,本文利用IXXAT的Windows驱动包提供的VCINET2.DLL编程接口设计完成；数据处理层主要利用多线程和数据缓冲技术以及数据绑定技术设计实现；界面层包括示波器界面、参数显示界面、参数配置界面以及事件和历史故障记录等四个功能模块。最后,为了验证交流异步电机控制系统是否满足各项设计指标,先后完成了系统启动和通信测试、控制器单元测试、系统联调测试以及系统稳定性测试,测试结果表明系统运行稳定可靠,达到了预定的要求。
【关键词】：交流异步电机控制系统 TMS320F2811 WPF CAN总线
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究的背景及意义9
• 1.2 国内外发展现状和趋势9-12
• 1.2.1 国外发展现状和趋势10-11
• 1.2.2 国内发展现状和趋势11-12
• 1.3 论文主要任务和章节安排12-15
• 1.3.1 论文的主要任务12
• 1.3.2 论文的章节安排12-15
• 第二章 交流异步电机控制系统的总体设计15-25
• 2.1 控制对象15-16
• 2.2 矢量控制原理16-20
• 2.2.1 技术背景16
• 2.2.2 空间矢量定义和设计16-17
• 2.2.3 (a,b,c)→(α,β)设计(clarke变换)17-18
• 2.2.4 (α,β)→(d,q)设计(Park变换)18
• 2.2.5 矢量控制的基本系统配置18-19
• 2.2.6 转子磁通位置19
• 2.2.7 感应电机矢量控制的总体方框图19-20
• 2.3 交流异步电机控制系统的总体设计20-22
• 2.3.1 需求分析20
• 2.3.2 设计架构20-21
• 2.3.3 系统设计21-22
• 2.4 本章小结22-25
• 第三章 交流异步电机控制系统的控制器设计25-55
• 3.1 控制器总体设计25-28
• 3.1.1 需求分析25-26
• 3.1.2 总体设计26
• 3.1.3 主控器件选型与介绍26-28
• 3.2 硬件设计28-42
• 3.2.1 TMS320F2811最小系统28-30
• 3.2.2 电源模块30-32
• 3.2.3 驱动模块32-37
• 3.2.4 检测模块37-40
• 3.2.5 数字量模拟量输入模块40-41
• 3.2.6 通信模块41-42
• 3.3 软件设计42-54
• 3.3.2 软件结构设计42-43
• 3.3.3 检测模块43-52
• 3.3.4 驱动模块52-53
• 3.3.5 驱动保护模块53-54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 交流异步电机控制系统的通信协议设计55-67
• 4.1 CAN总线简介55-56
• 4.2 通信协议设计56-59
• 4.2.1 通信报文的设计56-57
• 4.2.2 通信报文格式的制定57-59
• 4.3 控制器通信模块设计59-61
• 4.4 监控软件通信模块设计61-66
• 4.4.1 USB-to-CAN介绍61
• 4.4.2 VCI介绍61-63
• 4.4.3 通信模块设计63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 交流异步电机控制系统的监控软件设计67-77
• 5.1 监控软件整体设计67-69
• 5.1.1 软件结构的设计67-68
• 5.1.2 软件功能模块的设计68
• 5.1.3 软件的开发环境68-69
• 5.2 监控软件详细设计69-76
• 5.2.1 数据处理层的设计69-72
• 5.2.2 界面层的设计72-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 交流异步电机控制系统的联调测试77-85
• 6.1 测试平台搭建77
• 6.2 软件测试77-83
• 6.2.1 测试方案的设计77-78
• 6.2.2 系统启动和通信测试78
• 6.2.3 控制器重要模块单元测试78-80
• 6.2.4 系统联调测试80-83
• 6.2.5 系统稳定性测试83
• 6.3 本章小结83-85
• 第七章 结束语85-87
• 7.1 设计总结85
• 7.2 设计展望85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-90
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文和获奖情况90-91
• 附录 基于本文设计的电机控制系统实现对交流异步电机控制的效果图91

【参考文献】

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本文编号：971761