稀土永磁无刷直流电机在电动汽车上的应用

论文摘要

随着能源危机的加重和环保意识的增强,电动汽车已是未来汽车发展的趋势。它具有清洁无污染、能量来源多样化、效率高的特点,可以解决燃油汽车带来的一系列问题。但我国电动汽车技术还处在起步阶段,各方面的关键问题都亟待解决。电机及其控制技术是电动汽车的关键技术之一,是研究开发电动汽车首先需要解决的问题。永磁无刷直流电机(BLDCM)具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便的特点,同时还具备直流电机运行效率高、无励磁及调速性能好等优点。目前已在各领域获得了广泛应用。本文首先介绍了电动汽车的研究和发展现状,并对集中电动汽车驱动电机做了比较,论证了轮毂型永磁无刷直流电机(BLDCM)具有方便的控制和卓越的性能,是一种具有较好发展前景的电动汽车驱动电机。其次,阐述了永磁无刷电机的原理和数学模型,介绍了无刷直流电机控制系统的组成及调速原理；为验证所提出方法的有效性和可行性,使用Matlab仿真软件搭建了控制系统模型,对提出的理论进行仿真,速度环和电流环均采用PI调节器。仿真和实验的结果证明了本文所提出方法的正确性和有效性,为实际控制系统的设计提供了参考。提出了用电子差速器替代传统机械差速器的思想和设计方法,制动方面除了传统机械式制动以外还增加了能量回馈制动。在此基础上,设计了电动汽车无刷直流电机双闭环控制系统的硬件电路。在系统的硬件设计中,采用TI公司的TMS320F3812DSP芯片作为处理器,整个控制系统采取了隔离驱动方式,提高了系统的安全性和可靠性。论文详细说明了功率逆变电路、PWM信号隔离电路、电流检测电路、系统保护电路的设计过程和实现方法。最后,论文对软件部分进行了设计。软件设计方面采用模块化设计思想,程序全部采用C语言编程,论文对控制系统中各个功能模块的DSP软件实现进行了详细的介绍,利用DSP集成开发环境CCS进行软件调试,提高了开发效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 电动车用电机系统的技术发展概况
• 1.3 无刷直流电动机的概述
• 1.4 电动汽车电力驱动系统概述
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 无刷直流电机的工作原理
• 2.1 无刷直流电动机的基本结构
• 2.2 无刷直流电动机的基本工作原理
• 2.3 无刷直流电动机的数学模型
• 2.4 无刷直流电机的控制
• 2.4.1 控制系统的组成
• 2.4.2 无刷直流电动机的运行特性
• 2.4.3 调速原理
• 2.5 永磁无刷直流电机的四象限运行
• 2.6 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动态数学模型
• 3.1.1 永磁无刷直流电机电压方程
• 3.1.2 转矩方程
• 3.1.3 运动方程
• 3.2 方波型永磁无刷直流电机的Simulink调速系统仿真
• 3.2.1 系统组成
• 3.2.2 方波型无刷直流电机本体模块
• 3.2.3 桥式逆变电路模块
• 3.2.4 逻辑换相模块
• 3.2.5 控制模块
• 3.3 仿真实验
• 3.4 本章小结
• 第4章 能量回馈制动与电子差速控制
• 4.1 电动汽车的能量回馈制动
• 4.1.1 电动汽车的电气制动
• 4.1.2 无刷直流电机的低速能量回馈制动
• 4.1.3 半桥斩波回馈制动的控制方法
• 4.1.4 平均回馈电流与PWM占空比的关系
• 4.1.5 回馈制动中的实际问题
• 4.2 电动汽车的差速控制
• 4.2.1 自然差速的可行性分析
• 4.2.2 实现电子差速的理论依据
• 4.2.3 电子控制策略
• 4.3 本章小结
• 第5章 电动汽车无刷直流电机控制系统的硬件设计
• 5.1 逆变电路
• 5.2 驱动电路
• 5.3 信号检测电路和接口电路
• 5.3.1 转子位置信号检测电路
• 5.3.2 转向角度传感器检测电路
• 5.3.3 踏板加速器接口电路
• 5.3.4 正反转接口电路
• 5.4 DSP控制电路
• 5.4.1 TMS320F2812 电源设计
• 5.4.2 时钟电路和复位电路
• 5.4.3 外围接口电路
• 5.5 保护电路
• 5.5.1 过压保护电路
• 5.5.2 蓄电池欠压保护电路
• 5.5.3 过流保护电路
• 5.5.4 逻辑保护电路
• 5.6 本章小结
• 第6章 电动汽车驱动控制系统的软件设计
• 6.1 软件整体设计
• 6.2 转子位置检测、电流换相以及转速计算
• 6.2.1 转子位置检测
• 6.2.2 定子电流换相
• 6.2.3 转速计算
• 6.3 电流控制和速度控制
• 6.3.1 电流闭环
• 6.3.2 PI控制算法
• 6.3.3 速度PI控制
• 6.3.4 差速控制程序设计
• 6.4 功率保护中断
• 6.5 系统抗干扰设计
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢