电动汽车PMSM位置检测失效的安全控制策略研究

摘要

随着汽车数量的增加，对石油的需求量越来越大，汽车的尾气排放对环境的污染也越来越严重。根据中国的资源和环境现状，我国的电动汽车行业开始逐步兴起，并逐渐走向成熟。在电动汽车的发展过程中会遇到很多问题，最严重的问题莫过于电动汽车的安全问题，因此，对电动汽车的安全问题研究刻不容缓。 引起电动汽车安全问题的原因有很多种，比如传感器故障，电池故障等，电动汽车的传感器故障通常分为电流传感器故障和位置传感器故障，其中位置传感器故障所引起的安全问题最为严重，该课题重点研究位置传感器故障所引起的安全问题。 针对电动汽车中永磁同步电机（PMSM）位置传感器失效的情况，该课题设计了相应的安全控制策略以保证电动汽车的安全。该安全控制策略主要由故障判定策略和故障处理策略组成。在故障判定策略中，提出了使用角度估计模型和无损卡尔曼滤波（UKF）两种不同的方法分别实现，以满足不同的需求。针对故障处理策略，在高速时提出了一种基于锁相环的故障处理策略，在低速时提出了高频电流注入的故障处理策略，在传统坐标系的基础上建立了新的坐标系对两种故障处理策略进行分析，为后续的研究提供了一种新思路。 对提出的安全控制策略进行仿真，证明了该控制策略的可行性，制作了电机控制器的硬件设备并进行调试，将安全控制策略加入到软件算法中并在测功机上进行测试，验证了该安全控制策略的可靠性。

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摘 要

Abstract

1.1 课题研究的背景和科学意义

1.2 国内外的研究现状及发展趋势

1.3 研究内容与方法

1.4 论文的结构安排

2.1 永磁同步电机

2.1.1 电动汽车中常用电机类型

2.1.2 永磁同步电机的特点

2.1.3 永磁同步电机的工作原理

2.2 永磁同步电机的磁场定向控制

2.2.2 永磁同步电机的数学模型

2.2.3 永磁同步电机的控制方式

2.2.4 磁场定向控制原理

2.2.5 弱磁控制

2.3 本章小结

第3章 电动汽车位置传感器失效的故障判定策略

3.1.1 位置传感器工作原理

3.1.2 位置传感器常见故障

3.2.1 角度估计模型的构建

3.2.2 基于角度估计模型的故障判定策略分析

3.3.1 无损卡尔曼滤波模型的构建

3.3.2 基于无损卡尔曼滤波的故障判定策略分析

3.4 本章小结

第4章 电动汽车位置传感器失效的故障处理策略

4.1 位置传感器失效的安全控制策略综述

4.2 高速区位置传感器失效的故障处理策略

4.2.2 高速区故障处理策略分析

4.3.1 高频电流注入法估计转子位置

4.3.2 低速区故障处理策略分析

4.4 本章小结

第5章 硬件系统设计

5.1 硬件系统框架

5.2.1 最小系统

5.2.2 位置采集

5.2.3 电流采集

5.2.4 CAN通信

5.3 驱动模块

5.4 硬件调试检测

5.5 本章小结

第6章 软件系统设计

6.1 软件系统架构

6.2 归一化与标幺处理

6.3.1 FOC调试

6.3.2 PID参数调试

6.3.3 安全控制策略测试

6.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致 谢

个人简历