电动汽车用异步电机无速度传感器矢量控制系统研究

摘要

在能源危机和环境污染日益严重的背景下，电动汽车尤其是纯电动汽车作为一种高效、节能、环保的新型交通工具，越来越受到重视，对电动汽车的研究也逐渐深入。电机是电动汽车的动力机构，其中异步电机结构简单、成本低，采用矢量控制技术可以获得和直流电机相媲美的控制性能，因此在电动汽车上得到广泛应用，但是为了获得准确的电机转速信号，传统异步电机控制器安装了光电编码器等速度传感器，增加了系统成本和硬件结构复杂性，降低了可靠性。为了克服这些缺点，异步电机无速度传感器矢量控制技术的研究和发展及其在电动汽车上的应用成为人们关注的焦点。
　　 论文深入研究了无速度传感器矢量控制的基本原理，设计了一款基于DSP(TIS320F2808)的异步电机无速度传感器矢量控制系统。并通过仿真和实验对该控制系统性能进行测试和评估，在选用的低压大电流鼠笼异步电机实现了无速度传感器矢量控制算法并装车进行了实验，效果良好。
　　 论文首先介绍了电动汽车的发展情况，对比不同类型电机的优缺点后，选用低压鼠笼异步电机作为研究对象，在分析异步电机的数学模型基础上，着重理解异步电机无速度传感器矢量控制的基本原理、SVPWM实现方式、磁链观测器实现过程中的一些问题，在磁链观测器中采用了电流模型和电压模型相结合的方式，实现了更宽调速范围内准确的磁链观测。
　　 论文介绍了以TI公司的TMS320F2808作为核心的控制系统的设计方案，包括硬件电路设计和软件流程。这是一款高速、低成本、高效率的DSP芯片，完全满足系统需要。
　　 最后在Matlab下采用S函数编写仿真程序对异步电机无速度传感器矢量控制策略进行仿真研究，分析控制器在空载和带负载情况下的转矩、转速特性。并通过一系列实验验证了系统设计方案的正确性和可行性。
　　 仿真和实验结果表明，异步电机无速度传感器矢量控制系统设计合理，具有较好的静态、动态特性、稳定性和可靠性，可以满足电动车辆控制的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2电动汽车的发展概况

1.2.1国外电动汽车发展概况

1.2.2国内电动汽车发展概况

1.2.3电动汽车驱动系统的概述

1.3异步电机控制策略的发展

1.3.1传统异步电机变频控制策略的发展

1.3.2无速度传感器矢量控制的研究和发展

1.4本论文的主要研究内容

2异步电机无速度传感器矢量控制原理

2.1异步电机模型

2.2坐标变换

2.2.1从三相到两相的静止坐标变换(3s／2s变换)

2.2.2两相静止坐标系和两相旋转坐标系之间的坐标交换(2s／2r变换)

2.3异步电机无速度传感器矢量控制原理

2.3.1磁链估计

2.3.2转速估计

2.4本章小结

3.空间矢量PWM(SVPWM)原理

3.1 SVPWM原理

3.2使用TMS320F2808实现SVPWM

3.3本章小结

4系统硬件设计

4.1硬件整体结构框图

4.2基于IR21363S的驱动电路设计

4.2.1 IR21363S特点介绍

4.2.2基于IR21363S的驱动电路设计

4.3 MOSFET功率电路设计

4.4采样滤波电路设计

4.4.1使用IR2175进行采样

4.4.2采用磁环和霍尔元件配合进行电流采样

4.5电源主接触器控制电路设计和系统上电时序设计

4.6本章小结

5系统软件设计

5.1主程序和主中断程序设计

5.2主要功能模块软件设计

5.2.1中断程序设计

5.2.2 SVPWM的软件设计

5.2.3 AD采样软件设计

5.2.4 PID控制算法软件设计

5.2.5磁链估计和转速估计软件设计

5.3本章小结

6仿真和实验

6.1系统仿真

6.1.1仿真程序设计

6.1.2电机参数设置

6.1.3仿真结果

6.2系统实验

6.2.1并联MOSFET驱动信号实验

6.2.2 ADC调试实验

6.2.3恒压频比实验及电机选型

6.2.4无速度传感器矢量控制实验

6.3本章小结

7总结与展望

7.1全文总结

7.2后续工作展望

致 谢

参考文献

附录