混合动力车用驱动电机矢量控制系统研究

论文摘要

混合动力电动汽车(HEV)作为降低城市汽车尾气污染、减少油耗和调整能源结构的行业新技术,前景十分广阔,日益受到人们的关注,其开发也成为新的热点。驱动电机及其控制系统是HEV的核心部分,其性能的优劣很大程度上决定了车辆的动态性能,因此对其进行研究具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究混合动力车用交流驱动电机控制系统,以高性能的数字信号处理器(DSP)为核心,采用转子磁链定向矢量控制(FOC)算法,设计了一种基于DSP的交流驱动电机控制器。主要研究内容如下:首先,在分析国内外研究状况和比较几种常用驱动电机的基础上,结合HEV对驱动电机的特性要求,选择交流异步电机作为HEV的驱动电机和基于转子磁链定向的矢量控制技术作为系统开发方案。其次,以交流异步电机的动态数学模型为基础建立了转子磁链位置的电流计算模型,实现交流电机转矩和励磁电流分量的有效解耦。结合矢量控制理论及电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术给出了混合动力车用驱动电机矢量控制系统结构框图。最后,以一台5kw异步电机作为控制对象,搭建了系统主电路。系统控制电路以TMS320LF2407A DSP为核心,由电流、电压及速度等检测模块和CAN总线通信模块组成。系统以CCS2集成开发环境为平台,采用汇编语言编程,设计了基于DSP的矢量控制具体的软件实现方法,实现了全数字化的HEV驱动电机矢量控制系统。论文给出了驱动电机运行的调试结果并进行了分析。实验表明该控制系统响应速度快,电压利用率高,动态性能好,能够满足HEV对驱动电机动态和静态性能的要求,对开发出低成本、高性能的电机驱动控制系统具有实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的理论意义和应用价值
• 1.2 混合动力电动汽车及其驱动电机控制系统的研究现状
• 1.2.1 国内外混合动力电动汽车的研究现状
• 1.2.2 驱动电机控制系统的研究现状
• 1.3 驱动电机控制系统的特性要求及方案选择
• 1.3.1 HEV对驱动电机的特性要求
• 1.3.2 驱动电机的研究与比较
• 1.3.3 矢量控制系统及方案选择
• 2 空间矢量控制原理及SVPWM
• 2.1 矢量控制基本原理
• 2.2 矢量控制的坐标变换
• 2.2.1 Clarke变换
• 2.2.2 Park变换
• 2.3 电压空间矢量脉宽调制技术SVPWM
• 2.3.1 SVPWM的基本思想
• 2.3.2 SVPWM的工作原理
• 2.3.3 SVPWM的控制算法
• 3 混合动力车用异步电机矢量控制系统模型分析
• 3.1 交流异步电机的转子磁链定向矢量控制
• 3.1.1 交流异步电机在不同坐标系上的数学模型
• 3.1.2 转子磁链位置计算模型
• 3.1.3 矢量控制系统结构框图
• 3.2 数字PI调节器
• 3.3 弱磁控制
• 3.3.1 弱磁控制基本原理
• 3.3.2 弱磁控制约束条件及实现方法
• 4 控制系统的硬件设计
• 4.1 DSP控制器 TMS320LF2407A概述
• 4.1.1 DSP的特点和资源
• 4.1.2 控制系统中使用的DSP资源
• 4.2 主电路的设计
• 4.2.1 预充电电路
• 4.2.2 三相桥式 IGBT逆变电路
• 4.2.3 驱动和功率保护电路
• 4.2.4 开关电源模块
• 4.3 控制电路设计
• 4.3.1 检测电路设计
• 4.3.2 CAN总线通信的设计
• 5 控制系统的软件实现
• 5.1 基于 DSP的开发系统
• 5.1.1 开发环境介绍与流程
• 5.1.2 开发语言及数据处理
• 5.2 主程序设计
• 5.2.1 系统初始化
• 5.2.2 主程序设计流程图
• 5.3 中断服务程序设计
• 5.3.1 PWM中断设计
• 5.3.2 功率保护中断设计
• 5.4 CAN通信的软件实现
• 5.4.1 CAN模块初始化
• 5.4.2 信息的发送
• 5.4.3 信息的接收
• 5.5 系统抗干扰设计
• 6 实验结果及分析
• 6.1 实验平台
• 6.2 结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢