电动车用无刷直流电机控制器的研究

论文摘要

随着能源危机的加重和环保意识的增强,微型电动车已逐渐为人们所接受,成为当今环保节能的新能源车辆,在微型电动车驱动电机中,无刷直流电机(BLDCM)以其卓越的性能而受到广大电动车厂商的青睐,但BLDCM存在较大转矩脉动,这使得它在低速时发出噪声和振动,严重的甚至影响微型电动车的驱动性能,在电池技术未取得突破性进展的条件下,如何在不大幅提高硬件成本的基础上抑制无刷电机的转矩脉动和噪声问题,是电动车产业化必须解决的问题之一。本文正是以抑制微型电动车用BLDCM转矩脉动为目标,并在此基础上,对小功率BLDCM控制器进行优化设计,以适应小功率BLDCM控制器向大功率方向扩展的要求。论文从BLDCM数学模型开始,在简要分析了无刷直流电机数学模型的基础上,用MATLAB/Simulink工具箱构造了一种更直观的BLDCM仿真模型,并得出了仿真波形,为控制系统的软硬件设计提供了一定的参考依据；对BLDCM转矩脉动和抑制方法作了简单的介绍,在查阅了国内外大量文献的基础上,详细分析了换相转矩脉动产生的原因,同时,还对不同PWM调制方式对微型电动车用无刷直流电机转矩的影响作了分析,在不显著提高硬件成本的基础上,提出了抑制微型电动车用BLDCM低速转矩脉动的方法。为提高控制系统的稳定性和安全性,控制系统采用了光电隔离的方法,设计了控制系统的硬件电路,给出了控制系统的硬件电路图,其中包括dsPIC30F2010芯片及外围电路,供电电源电路,光电隔离及功率驱动电路,霍尔电路和反馈检测电路等；阐述了控制系统的软件实现方案,并给出了程序的主流程图和部分子程序流程图。为验证理论分析的准确性和控制方法的可行性,通过示波器观察了四种传统PWM调制方式及本文提出控制方案下的实验波形,并对波形进行了分析,达到了设计的目的和要求,控制效果令人满意,设计具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 微型电动车用驱动电机简介
• 1.2 永磁无刷直流电机的结构
• 1.2.1 电机本体
• 1.2.2 转子位置传感器
• 1.2.3 电子换相线路
• 1.3 永磁无刷直流电机的分类
• 1.3.1 具有直流电机特性的无刷直流电机
• 1.3.2 具有交流电机特性的无刷直流电机
• 1.4 微型电动车控制器的研究现状
• 1.5 微型电动车用无刷直流电机转矩脉动研究现状
• 1.6 微型电动车控制器研究有待深入的主要问题
• 1.7 本章小结
• 第2章 绪论
• 2.1 课题的研究背景
• 2.2 电动车用无刷电机转矩脉动的研究目的和研究意义
• 2.2.1 课题的研究目的
• 2.2.2 课题的研究意义
• 2.3 本文研究的主要内容
• 2.4 本章小结
• 第3章 无刷直流电机调速系统的建模与仿真
• 3.1 方波形无刷直流电机的工作原理
• 3.2 方波形无刷直流电机的数学模型
• 3.3 方波形永磁无刷直流电机的Simulink调速系统仿真
• 3.3.1 方波型无刷直流电机本体子系统
• 3.3.2 桥式逆变电路子系统
• 3.3.3 逻辑换相子系统
• 3.3.4 双闭环PI调节器
• 3.4 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 无刷直流电机转矩脉动及其抑制
• 4.1 无刷直流电机转矩脉动及其抑制方法
• 4.1.1 非理想反电势波形引起转矩脉动
• 4.1.2 齿槽转矩脉动
• 4.1.3 换相转矩脉动
• 4.2 无刷直流电机的换相转矩脉动分析
• 4.3 换相期间调制方式对转矩脉动的影响
• 4.3.1 传统的PWM调制方式简介
• 4.3.2 传统调制方式对换相转矩脉动的影响
• on_pwm调制方式'>4.3.3 pwm_on_pwm调制方式
• 4.4 方波型永磁无刷直流电机转矩脉动的抑制
• 4.5 微型电动车抑制转矩脉动控制策略
• 4.5.1 微型电动车用无刷直流电机控制系统简介
• 4.5.2 抑制换相转矩脉动控制策略
• 4.6 本章小结
• 第5章 控制系统的硬件及软件实现
• 5.1 控制系统的硬件设计
• 5.1.1 dsPIC30F2010芯片及其外围电路
• 5.1.2 电源电路设计
• 5.1.3 光电隔离及功率驱动电路
• 5.1.4 霍尔电路设计
• 5.1.5 反馈电路设计
• 5.2 控制系统软件设计
• 5.2.1 MPLAB IDE及烧写器ICD2.5简介
• 5.2.2 软件总体方案
• 5.2.3 中断服务程序流程
• 5.2.4 控制程序下载调试
• 5.3 试验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 系统硬件原理图
• 附录2 在学习期间所发表的论文