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纯电动汽车交流电机控制器的仿真与设计

作　者: 王孝红
导　师: 葛立峰
学　校: 安徽大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 电动汽车 电机控制系统 三相交流异步电机 矢量控制 模糊自适应PI控制 TMS320F2812 DSP
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


在传统汽车行业飞速发展的时代,为了应对燃油汽车带来的环境污染和资源危机问题,新能源汽车技术受到了各国的关注。现阶段的新能源车主要指运用电力作为驱动能源的一类车辆,包括电动车和混合动力车。由于电动车是实现零排放的最佳选择,因此,近几十年来得到了快速的发展。目前,电动车技术的主要难点和重点依然停留在能源系统中电池性能和驱动系统中电机控制这两方面。本文以电动汽车的驱动系统中的电机控制系统为研究对象,在众多可选用的电机种类中挑选了适合大功率驱动、结构坚固、功率密度相对小的三相异步交流电机为驱动对象,并设计了相关的驱动方案和实现方法。作者的研究工作主要包括：1.通过阅读大量的相关报告、文献,在了解本课题的研究背景和选题意义的基础上,采用网络调研和去相关厂家实地调研两种方式,调研了电动车的发展史和国内外发展现状、电动车驱动系统的发展史、国内电动车电机控制器的发展和存在的一些问题。2.将普通燃油汽车和电动车多种传动方式相结合,提出了一种适合于大功率电动客车的传动方案,并规定了驱动指标,这些指标均经过实际调研合理选取。根据这些指标完成了电机选择和参数配置。以上都是在设计电动车电机驱动器的必要准备工作。3.在研究了交流异步电机的控制方法的基础上,选择了控制方案并深入分析了按转子磁链定向的矢量控制方法。根据这种方法的缺陷,重点分析了各种转子磁链观测的特点。4.根据上一部分的理论分析,构建了电动机双闭环的控制系统。为了验证它的正确性,在MATLAB/SIMULINK中完成了仿真实验。依据矢量控制算法中的电流解耦依赖于不稳定电机的参数特点,运用模糊自适应控制器代替传统的PI控制器,实时在线调整控制参数。并通过仿真对比证实了它具有调量小、响应快的特点。5.选取了一款在电机控制中性能优越的芯片TMS320F2812 DSP,以它为控制核心,完成了包括主电路、驱动电路、控制电路等硬件电路设计和选型工作,设计了电机制动时的能量回馈方案并编写了双闭环控制策略的软件程序。又主要以合众达DSP实验箱为硬件平台,在CCS2.0的环境下对程序进行调试和相关实验。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 课题研究的背景与意义  10-11
  1.2 电动汽车的发展史和国内外研究现状  11-12
  1.3 电动汽车电机控制系统的发展史  12-13
  1.4 电动汽车电机控制系统的国内研究现状  13-14
    1.4.1 我国电机驱动系统的发展状况  13-14
    1.4.2 我国电机驱动系统存在的问题  14
  1.5 论文的主要内容  14-15
第二章 纯电动车驱动系统结构与电机参数计算  15-20
  引言  15
  2.1 纯电动车传动系统的结构设计  15-16
  2.2 驱动系统中电机的选择  16-17
  2.3 驱动系统中异步交流电机参数配置  17-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 三相异步电动机的数学模型和矢量控制的理论研究  20-34
  引言  20
  3.1 三相异步电动机的数学模型  20-27
    3.1.1 异步电机在静止三相坐标系(ABC)下的数学模型  20-22
    3.1.2 坐标变换原理  22-26
    3.1.3 异步电机在旋转两相(d-q)坐标系下的数学模型  26-27
  3.2 三相交流异步电动机控制策略综述  27-29
  3.3 三相交流异步电动机矢量控制原理  29-32
    3.3.1 交流异步电机矢量控制基本思想  29-30
    3.3.2 按转子磁链定向的矢量控制原理  30-32
  3.4 转子磁链观测技术  32-33
    3.4.1 转子磁链观测技术在矢量控制中的地位  32
    3.4.2 转子磁链观测法综述  32
    3.4.3 电流转子磁链观测法  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 三相异步电动机的高性能控制系统的仿真  34-55
  引言  34
  4.1 双闭环控制系统的设计与仿真  34-44
    4.1.1 转速、电流双闭环控制系统和仿真模型  34-36
    4.1.2 磁链观测仿真模型  36
    4.1.3 坐标变换仿真模型  36-37
    4.1.4 PI控制与仿真模型  37-39
    4.1.5 空间电压矢量脉宽调制技术与仿真模型  39-44
  4.2 矢量控制系统仿真结果与分析  44-49
    4.2.1 SVPWM模块比较阈值仿真结果分析  45-46
    4.2.2 电机空载仿真实验  46-47
    4.2.3 电机加载仿真实验  47-48
    4.2.4 电机加减速仿真实验  48-49
  4.3 传统矢量控制系统的改进  49-54
    4.3.1 模糊自适应控制  49-51
    4.3.2 模糊自适应PI控制器参数确定  51
    4.3.3 模糊自适应控制与传统控制系统的仿真对比  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 基于DSP的电机控制系统的设计  55-72
  引言  55
  5.1 控制系统硬件设计  55-63
    5.1.1 控制系统硬件设计综述  55-56
    5.1.2 主电路设计  56-59
    5.1.3 驱动电路设计  59-60
    5.1.4 辅助电源设计  60-61
    5.1.5 采样电路设计  61-63
    5.1.6 CAN通信电路设计  63
  5.2 控制系统的软件设计  63-69
    5.2.1 系统软件设计综述  64-66
    5.2.2 电流、电压采样程序  66-67
    5.2.3 速度采样程序  67-68
    5.2.4 CAN通信程序  68-69
    5.2.5 SVPWM输出程序  69
  5.3 SVPWM软件程序实验研究  69-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章 总结与展望  72-74
  6.1 总结  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-78
附录一 参数表  78-79
附录二 标幺化中变量基值的选取  79-81
致谢  81

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车结构部件 > 电气设备及附件
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