电动汽车用永磁同步电动机调速系统研究

论文摘要

本文围绕电动汽车用永磁同步电动机(PMSM)调速系统的开发展开工作,采用TI公司专用于电机控制的TMS320LF2407A型数字信号处理器(DSP)作为核心,开发了全数字化的PMSM矢量控制调速系统,并完成相应的系统软硬件设计。首先,进一步深入的研究了永磁同步电动机的矢量控制理论,建立了PMSM的数学模型,较为全面的分析了永磁同步电动机的恒转矩电流控制策略及弱磁控制策略。并在此基础上以内置式永磁同步电动机为研究对象,提出一种具有快速动态响应的前馈弱磁控制策略。该方法根据电机运行时的转矩、定子磁链给定值通过实时查表得出电机的交、直轴电流参考值,同时为了解决电动机高速运行时的电机参数漂移问题,在前馈控制基础上叠加了基于输出电压的闭环控制策略,有效的提高了系统的鲁棒性。其次,介绍了控制系统软、硬件主要功能模块的原理及其实现方法。硬件方面主要论述了调速系统主电路及控制电路的设计过程。在硬件基础上,软件采用汇编语言编程,实现了转速和电流双闭环的全速范围弱磁控制。给出了系统主程序和PWM下溢中断处理程序流程图。为达到数值的统一,对软件中所采用的参数进行了定标处理。再次,本文对空间电压矢量(SVPWM)调制方法做了详细的理论阐述,并给出软件的实现方法。软件SVPWM的设计与实现可提高车载蓄电池的电压利用率,减小调制电压的谐波含量。最后对所设计的电动汽车用永磁同步电动机驱动系统进行了实验验证,结果表明采用本文所提出的全速范围弱磁控制算法具有较快的动态响应速度,可以满足调速系统弱磁性能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及选题意义
• 1.2 永磁同步电动机调速系统研究现状
• 1.3 永磁同步电动机弱磁控制研究现状
• 1.3.1 从改进控制方法角度提高永磁同步电动机的弱磁能力
• 1.3.2 从电机结构设计提高永磁同步电动机的弱磁能力
• 1.4 电动汽车用永磁电机调速系统研究现状
• 1.5 课题主要工作
• 第二章 电动汽车用永磁同步电动机调速系统控制策略分析
• 2.1 永磁同步电动机的数学模型
• 2.2 永磁同步电动机恒转矩电流控制策略分析
• d=0控制'>2.2.1 i_d=0控制
• 2.2.2 最大转矩/电流控制
• 2.2.3 两种恒转矩电流控制策略的比较
• 2.3 永磁同步电动机的弱磁控制
• 2.3.1 电流极限圆和电压极限圆
• 2.3.2 永磁同步电动机的基速和转折速度
• 2.3.3 普通弱磁控制
• 2.3.4 最大输出功率弱磁控制
• 2.3.5 弱磁控制时的最高转速
• 2.4 电动汽车用内置式永磁同步电动机弱磁控制研究
• 2.4.1 内置式永磁同步电动机电流矢量控制策略研究
• 2.4.2 弱磁控制算法的实现
• 2.5 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 系统结构设计
• 3.2 电动汽车电机调速系统主电路设计
• 3.3 基于TMS320LF2407A DSP的电动汽车电机调速系统控制电路设计
• 3.3.1 速度给定电路
• 3.3.2 电机相电流检测电路
• 3.3.3 位置检测接口电路
• 3.3.4 PWM信号输出及动作保护电路
• 3.4 本章小结
• 第四章 电动汽车电机调速系统控制算法的软件实现
• 4.1 系统程序总体结构
• 4.1.1 初始化子程序
• 4.1.2 中断服务子程序
• 4.2 软件参数定标
• 4.2.1 定点算法
• 4.2.2 系统变量数字表述形式
• 4.3 位置传感器的选择及电机转子位置初始定位
• 4.3.1 位置传感器的选择
• 4.3.2 电机初始定位
• 4.4 电机转速、位置检测及数据定标
• 4.5 电流检测及数据定标
• 4.6 电流PI控制器
• 4.7 SVPWM算法研究与实现
• 4.8 本章小结
• 第五章 系统实验
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢