智能车辆驱动系统研究与开发

论文摘要

智能车辆作为未来交通的主体,开发与应用的前景十分广阔。特别是纯电动智能车辆,由于采用电机驱动系统,而具有零排放、无污染的突出优点;同时电机转矩控制精确平稳,易于各种智能控制算法的实现。驱动电机及其控制系统是纯电动智能车辆动力系统的核心部分。根据智能车辆的动力系统组成及功能需求,论文首先对各种车辆驱动电机进行了比较,讨论了电机交流变频调速技术的发展与现状。经过分析比较,最终选用交流异步电机直接转矩控制系统进行整车驱动系统的开发。并详细分析了交流异步电机的工作原理,建立了交流异步电机及其控制系统的数学模型;在此基础之上研究了交流异步电机直接转矩控制的实现方法。同时针对传统交流异步电机直接转矩控制的缺点与不足,引入了基于模型参考自适应的转速辨识模型与改进的磁链、转矩观测模型,提高了交流异步电机控制系统的性能,实现了电机的高效控制。论文针对智能车辆动力系统结构特点,建立了基于模糊神经网络的智能车辆动力控制系统模型。该模型为车辆动力系统控制提供了一种新的思路,为智能车辆的进一步研究与开发提供了参考。文中应用模糊神经网络理论分别建立了智能车辆动力驱动系统模型与制动能量回收系统模型。仿真试验结果表明,采用自适应模糊神经网络的动力控制系统模型能够较好的实现车辆动力需求辨识与相应的动力控制,所开发的控制系统能够有效提高车辆的安全性与稳定性。同时论文结合智能车辆直接转矩控制系统,建立了整车动力学仿真模型。通过MATLAB/Cruise仿真,结果表明所设计的整车控制系统是有效可行的,较好的实现了预期的控制目的。结合系统仿真模型,开发了基于DSP控制芯片TMS320F2812的电机控制系统,对系统的软、硬件设计进行了详细的分析,并介绍了车载系统设计的注意事项和经验总结。最后针对智能车辆功能特性,建立了基于嵌入式操作系统的整车总成控制平台,完成了基于ARM的总成控制器硬件设计调试,开发了基于μC/OS-II嵌入式操作系统的软件控制平台。经过测试与实验,结果表明整车控制系统具有良好的性能与较高的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景及意义
• 1.2 智能车辆概述
• 1.3 智能车辆驱动系统研究
• 1.3.1 智能车辆驱动电机选型
• 1.3.2 智能车辆驱动电机控制方式研究
• 1.4 本文的主要研究内容与结构
• 第2章 智能车辆驱动电机直接转矩控制系统理论分析
• 2.1 交流异步电机及其控制系统理论分析
• 2.1.1 交流异步电机数学模型分析
• 2.1.2 交流异步电机控制系统理论分析
• 2.2 交流异步电机直接转矩控制系统研究
• 2.2.1 直接转矩控制系统磁链观测与控制的基本原理
• 2.2.2 直接转矩控制系统转矩观测与控制的基本原理
• 2.3 结论
• 第3章 智能车辆电机直接转矩控制系统仿真研究
• 3.1 交流异步电机控制电压空间矢量建模
• 3.2 交流异步电机磁链观测与控制系统建模
• 3.2.1 交流异步电机磁链观测单元建模
• 3.2.2 基于神经网络的交流异步电机磁链控制单元建模
• 3.3 交流异步电机转矩观测与控制系统建模
• 3.3.1 交流异步电机转矩调节单元建模
• 3.3.2 基于神经网络的交流异步电机转矩控制单元建模
• 3.4 交流异步电机逆变器控制系统建模研究
• 3.5 结论
• 第4章 智能车辆驱动系统研究
• 4.1 智能车辆驱动系统组成
• 4.1.1 智能车辆驱动电源研究与分析
• 4.1.2 智能车辆动力系统组成分析
• 4.2 基于模糊神经网络的智能车辆动力控制系统研究
• 4.2.1 模糊神经网络的基本理论分析
• 4.2.2 基于ANFIS 的智能车辆动力系统辨识与力矩控制
• 4.2.2.1 智能车辆加速操作辨识与电机转矩控制
• 4.2.2.2 智能车辆制动踏板信号辨识与发电力矩控制
• 4.2.2.3 基于ANFIS 的智能车辆动力控制模型仿真实验
• 4.3 智能车辆驱动系统仿真实验
• 4.3.1 智能车辆整车动力学模型研究与分析
• 4.3.2 智能车辆整车动力学模型仿真研究
• 4.4 结论
• 第5章 智能车辆电机控制驱动系统硬件开发
• 5.1 智能车辆电机控制系统开发研究
• 5.2 智能车辆电机控制系统硬件电路开发
• 5.2.1 JTAG 接口电路设计开发
• 5.2.2 外部存储器扩展电路设计开发
• 5.2.3 通用输入/输出模块设计开发
• 5.2.4 模-数转换处理模块设计开发
• 5.2.5 电源转换模块设计开发
• 5.3 智能车辆电机驱动系统研究与开发
• 5.3.1 智能车辆电机驱动模块研究
• 5.3.2 智能车辆IPM 驱动保护单元开发
• 5.4 结论
• 第6章 基于嵌入式操作系统的智能车辆总成控制平台软件开发
• 6.1 基于嵌入式操作系统的整车总成控制平台研究与开发
• 6.1.1 嵌入式操作系统分析
• 6.1.2 基于μC/OS-II 的智能车辆总成控制软件开发
• 6.2 智能车辆CAN 通讯网络研究与开发
• 6.2.1 智能车辆CAN 网络设计
• 6.2.2 智能车辆CAN 网络硬件开发
• 6.3 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）