电动车辆运动控制系统的关键技术研究

论文摘要

融多项高新技术于一体的电动车辆具有无排放污染、噪声低等优点,在环保和节能方面具有不可比拟的优势,正在引发一场世界汽车工业革命。然而电动车辆运行的经济性、可靠性和安全性对其自身运动控制系统的性能却有着非常高的要求。针对这一实际问题和背景,结合电动车辆具体运行工况和环境特点,本论文研究了一种能对其实现有效运动控制的理论方法,并且集中探索了该方法在工程实现中的几项关键技术。主要工作、成果和结论有:分析了电动车辆运动系统的构成及运行特点,建立了电动车辆系统的运动学模型,研究了相关的运动控制基础性理论;结合当前自动控制领域的一些成功方案设计了基于DSP的电动车辆运动控制系统。研究了电动车辆运动系统的信息检测方法和技术实现手段;设计制作了以数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)为核心的电动车辆运动控制系统的硬件检测系统,编制了相关的软件检测算法,实验结果表明,该硬件检测系统方案合理,可以完成对电动车辆运动系统的有效检测;从检测原理、交流采样方法和硬件实现方案等方面,研究了检测系统的误差,分析了各项主要误差的产生原因及量级大小;针对性地提出了采用硬件测频和软件校正相结合的方法实现同步采样的目的,采用偏差累积增量法动态优化采样周期等相应减小或修正误差的改进方法,以提高系统的检测精度。研究了电动车辆运动控制策略和技术实现手段。讨论了快速几何法判别参考电压矢量所处扇区方法在驱动电机矢量控制中的实施要点,给出开关矢量作用时间的简化计算公式和零矢量的安排序列;从工程实践出发,结合CPLD技术成功设计了控制系统硬件实现方案,简化了硬件实现手段和控制算法,并编制了相关软件算法。提出了一种采用电参量间接检测电动车辆驱动电机输出转矩的方法,实验结果表明:该方法测量精度高,稳定性好,不受现场机械振动等工艺噪音的影响。详细分析了无差拍控制方法的理论与具体实现方案;分析了电动车辆驱动主电路设计中几个重要参数的计算问题,如功率开关器件选择等。对本车辆运动控制系统实现方法和技术手段进行的相关验证表明,本文所研究的电动车辆运动控制的方法正确有效,工程实现的关键技术实用、可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电动车辆运动控制系统的国内外研究现状及问题分析
• 1.2.1 电动车辆运动控制系统的国内外研究现状
• 1.2.2 电动车辆运动控制系统发展状况分析
• 1.3 新型电动车辆运动控制系统的提出
• 1.4 系统功能设计要求
• 1.5 论文的主要研究内容及论文安排
• 1.5.1 本论文的主要研究内容
• 1.5.2 本论文内容安排
• 2 电动车辆运动控制系统的理论基础和方案研究
• 2.1 引言
• 2.2 电动车辆系统的运动学模型
• 2.3 电动车辆转向系统
• 2.3.1 转向系统结构及特点
• 2.3.2 转向系统用助力电机的种类及控制方法
• 2.4 电动车辆驱动系统
• 2.4.1 驱动系统结构
• 2.4.2 驱动系统用电动机
• 2.4.3 功率变换器及相关技术
• 2.4.4 驱动系统控制技术
• 2.5 基于DSP的车辆运动控制装置设计
• 2.5.1 控制装置总体拓扑结构
• 2.5.2 系统各部分功能及设计思想说明
• 2.6 本章小结
• 3 电动车辆运动系统信息检测方法及技术实现研究
• 3.1 引言
• 3.2 电动车辆运动系统基本信息检测方法研究
• 3.2.1 蓄电池状态检测
• 3.2.2 驱动电机电参数检测
• 3.2.3 电动车辆运动系统其他信号检测
• 3.3 电动车辆运动系统信息检测的技术实现研究
• 3.3.1 检测系统硬件方案及技术实现
• 3.3.2 检测系统软件方案及技术实现
• 3.3.3 软件实现流程
• 3.4 检测系统的误差分析
• 3.4.1 检测方法的原理误差
• 3.4.2 技术实现手段引入的误差
• 3.5 本章小结
• 4 电动车辆运动系统控制策略及技术实现研究
• 4.1 引言
• 4.2 车辆转向系统电机控制策略及技术实现研究
• 4.2.1 直流无刷电动机控制方法研究
• 4.2.2 转向控制系统技术实现研究
• 4.3 车辆驱动系统电机控制策略及技术实现研究
• 4.3.1 交流异步电动机的矢量控制驱动策略研究
• 4.3.2 交流异步电动机驱动的技术实现研究
• 4.4 本章小结
• 5 电动车辆运动控制系统的整体仿真及实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 电动车辆系统的无差拍运动控制方法研究
• 5.2.1 电动车辆整车运动无差拍控制方法的研究
• 5.2.2 电动车辆无差拍控制模型
• 5.2.3 电动车辆无差拍控制特性仿真分析
• 5.3 电动车辆驱动电机输出转矩间接检测方法研究
• 5.3.1 基本测量原理
• 5.3.2 功率测量
• 5.3.3 车辆驱动电机输出转矩测量
• 5.3.4 仿真及间接实验验证
• 5.4 驱动功率主电路电力电子器件的选择
• 5.4.1 IGBT器件的额定电流
• 5.4.2 IGBT器件的额定电压
• 5.5 调试过程中发现的问题及可靠性处理
• 5.5.1 硬件部分
• 5.5.2 软件部分
• 5.6 实际应用中的一些特殊情况分析及处理方法
• 5.6.1 摄像机相邻两次图像分析所得路线的衔接处理
• 5.6.2 路径分析系统摄像机图像分析速率的调节
• 5.7 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.1.1 论文研究的主要工作和结论
• 6.1.2 论文研究的创新性成果
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录1 DSP主控板电源系统原理图
• 附录2 DSP主控板通讯口原理图
• 附录3 DSP主控板液晶显示接口及复位原理图
• 附录4 DSP主控板模拟信号调理电路原理图
• 附录5 DSP主控板数字量输入接口原理图
• 附录6 DSP主控板数字量输出接口原理图
• 附录7 DSP主控板实物
• 附录8 交流电机控制实验现场1
• 附录9 交流电机控制实验现场2