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基于TMS320F2812的纯电动汽车永磁同步电机控制器的开发研究

作　者: 肖京
导　师: 万晓凤
学　校: 南昌大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 矢量控制永磁同步电动机纯电动汽车 DSP Matlab/SIMULINK
分类号: TM341
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 201次
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内容摘要

随着全球汽车保有量的急剧增长,传统的燃油机汽车在带给人们便利的同时,对人类环境所造成的危害越来越严重。纯电动汽车是以可充电电池为能源的交通工具,具有零排放无污染的突出优点,开发前景十分广阔。电机及电机控制器是电动汽车动力系统中的核心部分。本文选用永磁同步电动机作为车用电机,采用高速DSP芯片(TMS320F2812)作为控制电路的核心芯片,并构建了一整套调速系统来驱动永磁同步电动机。本文的主要内容为：首先,介绍了永磁同步电动机的由来,结合其结构和特点,建立了永磁同步电动机的数学模型。运用坐标转换理论,对电机的数学模型进行解耦,并详细地介绍了永磁同步电动机的矢量控制原理和策略,然后对比几种常用的矢量控制方法,得出本文调速系统使用id=0矢量控制方法。其次,设计了一套以DSP芯片TMS320F2812的矢量控制变频调速控制系统。系统的硬件电路包括主电路、逆变电路、检测控制电路、功率驱动电路、保护电路和供电电路。根据各个电路中核心芯片的特点,结合一些重要元件的参数计算,完成了系统的硬件电路的设计和调试;而在系统的软件设计上,针对硬件电路和DSP芯片的硬件资源和特点,在实现系统的稳定调速的功能下,充分利用了模块化、面向对象的程序设计。再次,使用Matlab/SIMULINK软件对整个调速系统进行仿真。主要利用坐标转换模型和SVPWM波形发生模型构建了永磁同步电动机矢量控制变频调速系统模型。完成了整个系统模型的搭建和参数计算,系统仿真出来的结果表明,系统采用矢量控制方法,响应速度得到了显著提高,动静态性能得到了一定程度的改善。最后,完成了下位机和上位机的软件设计和调试,下位机DSP系统的功能实现是通过CCS2000编程软件,使用汇编和C语言相结合进行模块化编程,将各个不同功能的模块进行独立编程,相互间的调用只需些规则就能进行调用,从而极大地增强了系统的可移植性和可修改性。上位机系统使用的VC++6.0编程软件,通过VC串口通讯协议,将下位机系统中串口发出的代码转换成上位机PC显示界面的数据及故障显示。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题来源、背景和意义  9
  1.2 电动机的发展状况以及电机控制器国内外发展情况  9-12
    1.2.1 电动机发展状况  9-10
    1.2.2 美日等发达国家电机控制器的发展情况  10-11
    1.2.3 国内电机控制器的发展情况  11-12
  1.3 课题研究内容和安排  12-14
第2章永磁同步电动机的矢量控制  14-29
  2.1 永磁同步电动机  14-15
    2.1.1 永磁同步电动机的由来、结构和特点  14-15
    2.1.2 永磁同步电动机调速系统概况  15
  2.2 永磁同步电动机的数学模型  15-17
  2.3 永磁同步电动机的矢量控制  17-20
    2.3.1 矢量控制原理的起源和发展  17-18
    2.3.2 矢量控制基本原理  18-20
  2.4 永磁同步电机矢量控制的基本电磁关系  20-24
    2.4.1 电压极限椭圆  21-22
    2.4.2 电流极限圆  22
    2.4.3 恒转矩轨迹  22-23
    2.4.4 最大转矩/电流轨迹  23-24
  2.5 永磁同步电动机的矢量控制策略  24-27
    2.5.1 i_d=0控制  24-25
    2.5.2 弱磁控制  25-26
    2.5.3 最大转矩/电流控制  26-27
  2.6 永磁同步电动机矢量控制系统设计  27-29
第3章基于永磁同步电机的调速系统的硬件设计  29-49
  3.1 系统硬件设计的主要内容  29-30
  3.2 主回路  30-33
    3.2.1 智能功率模块IPM  30-33
  3.3 检测电路  33-39
    3.3.1 TMS320F2812  33-36
    3.3.2 电流采样电路  36-37
    3.3.3 温度采样电路  37-38
    3.3.4 油门采样电路  38
    3.3.5 母线电压检测电路  38
    3.3.6 转速和电机位置检测电路  38-39
  3.4 功率驱动电路及保护电路  39-43
    3.4.1 功率驱动电路  39-40
    3.4.2 驱动保护电路  40-43
  3.5 控制及驱动板供电电路  43-47
    3.5.1 UC3844芯片简介  43
    3.5.2 UC3844芯片工作原理  43-44
    3.5.3 供电电路中一些元件重要参数的设计  44-46
    3.5.4 漏感消除电路  46
    3.5.5 电压反馈电路  46-47
    3.5.6 电流反馈电路  47
  3.6 电磁抗干扰措施及硬件实物图  47-49
第4章基于永磁同步电动机调速系统的软件设计  49-54
  4.1 软件设计总体思路  49-50
  4.2 系统功能模块  50-53
    4.2.1 位置和转速检测模块  51
    4.2.2 SVPWM波形生成模块  51-52
    4.2.3 故障中断服务模块  52-53
  4.3 软件设计中的问题  53-54
    4.3.1 软件滤波  53-54
第5章永磁同步电动机调速系统的仿真实现  54-60
  5.1 MATLAB简介  54
  5.2 Simulink简介  54
  5.3 系统的模型  54-58
    5.3.1 坐标转换模块  55
    5.3.2 SVPWM波形发生模块  55-58
  5.4 仿真结果  58-60
第6章永磁同步电动机调速系统的调试  60-64
  6.1 上位机调试  60-61
    6.1.1 VC++6.0  60
    6.1.2 VC串口通讯  60-61
    6.1.3 显示界面  61
  6.2 下位机调试  61-64
    6.2.1 CCS2000  62
    6.2.2 调试界面  62-64
第7章全文总结与展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录A 主程序代码  70-71
附录B 坐标变换子程序代码  71-72
附录C SVPWM波生成模块程序代码  72-76
附录D 速度采样子程序代码  76-77
附录E 异步通讯程序代码  77-81
攻读学位期间的研究成果  81

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