电动汽车用永磁同步电机驱动器设计

论文摘要

随着汽车工业的快速发展加剧了常规能源的消耗，地球上的能源是有限的，能源紧缺是全人类面临的越来越严重的问题。我国的能源问题已经成为国民经济发展的战略问题，从国家安全角度出发，石油资源已经和国家安全、经济发展紧密的联系起来，能源的稳定供应是一个国家所关注的重点，也是我国能源安全战略的核心内容。汽车在给人们带来便利的同时也污染了环境，随着生活水平的提高，人类对生存环境的要求越来越高，降低汽车的尾气排放的呼声也与日俱增。面对能源紧张和环境污染，发展电动汽车成为汽车工业发展的主流趋势。本文主要内容是电动汽车用永磁同步电机驱动器的研究与实现。为了满足电动汽车驱动系统所要求的高效率和较宽调速范围，本文对永磁同步电机控制系统提出了有效的矢量控制方案。本文首先在额定转速以下，提出了最大转矩/电流比的控制方案，充分利用了内置式永磁同步电机的磁阻转矩，优化了整个控制算法，大大提高了整个驱动控制系统的运行效率和系统稳定性；在额定转速以上，采用了超前角弱磁控制方案。在弱磁控制原理的基础上，通过对电流超前角度进行控制，对最大转矩/电流控制算法计算出来的d、q轴电流进行了再次分配，从而充分利用了逆变器直流侧母线电压获得更高的转速，使整个控制系统的运行范围得以拓宽，实现了恒转矩工作模式和恒功率弱磁工作模式的平滑、稳定过渡。最后本文基于贵州航空航天电机有限公司电动汽车项目这一平台设计了内置式永磁同步电动机弱磁控制的硬件平台。在硬件设计中，简要介绍了TMS320F2812芯片的功能、IGBT模块的选型、电压电流的采样以及IGBT驱动模块的设计。并基于这个平台设计了设计了软件程序，同时给出了软件程序的流程图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外新能源汽车发展现状及趋势分析
• 1.3 电动汽车用驱动系统概述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 永磁同步电动机的数学模型和控制方案
• 2.1 永磁同步电动机结构与特征
• 2.2 永磁同步电动机数学模型
• 2.3 电机参数定义以及标幺化
• 2.4 最大转矩/电流控制
• 2.5 仿真分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 永磁同步电动机弱磁控制控制系统组成和分析
• 3.1 永磁同步电动机弱磁控制的原理
• 3.2 电动机参数对弱磁扩速能力的影响
• 3.3 内置式永磁同步超前角弱磁控制的理论分析
• 3.4 IPMSM 超前角弱磁控制系统分析和仿真
• 3.4.1 超前角弱磁控制原理框图设计
• 3.4.2 电流解耦环节
• 3.4.4 控制器设计
• 3.4.5 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电动机控制系统的硬件实现
• 4.1 引言
• 4.2 控制板硬件电路设计
• 4.2.1 TMS320F281x 系列 DSP 芯片
• 4.2.2 电流、电压检测电路
• 4.2.3 速度与位置检测电路
• 4.2.4 AD 数字转换电路
• 4.2.5 CAN 通信与 485 接口电路设计
• 4.3 驱动板硬件电路设计
• 4.3.1 IGBT 驱动和保护电路
• 4.3.2 IGBT 逆变电路设计
• 4.4 控制电源电路设计
• 4.5 驱动控制器参数计算及器件选型
• 4.5.1 IGBT 计算与选型
• 4.5.2 电容参数计算及选型
• 4.5.3 电流传感器计算及选型
• 4.5.4 电压传感器计算及选型
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统软件设计及其实验结果分析
• 5.1 初始化程序设计
• 5.2 中断程序设计
• 5.2.1 主中断程序设计
• 5.2.2 1ms 中断程序设计
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间参加的科研项目
• 致谢