无刷直流直驱式轮毂电机驱动控制系统设计

摘要

轮毂驱动是电动汽车众多驱动方式中最具有发展潜力的一个技术方向，和传统汽车相比，轮毂驱动车辆结构更简单，传动链效率更高，操纵性更好，能量利用率更高。无刷直流直驱式轮毂电机由于具有功率密度高、小型轻量化、结构简单、噪声低以及输出转矩大等优点，在电动汽车轮毂驱动系统中应用十分广泛。 本文以无刷直流直驱式轮毂电机为主要研究对象，设计了以DSP为核心的无刷直流轮毂电机驱动控制系统，结合所作控制系统，探讨了带位置传感器和无位置传感器控制两种策略，最后搭建了轮毂电机性能试验平台以验证所设计的控制系统合理性，具体研究内容如下： 1)首先分析了轮毂电机的国内外研究及应用现状，比较了不同类型轮毂电机的优缺点，重点分析了无刷直流电机驱动控制研究概况，明确无刷直流直驱式轮毂电机作为研究对象的意义所在。 2)其次介绍了无刷直流轮毂电机的基本结构以及驱动拓扑方式，同时推导了无刷直流轮毂电机的相关数学模型，并分析了其运行原理；针对带位置传感器控制在位置传感器故障下无法工作的缺点，本文进一步探讨了基于“反电势法”的无位置传感器控制；针对两种控制策略，设计了转速、电流双闭环PI控制器，以增强控制系统性能。 3)再次设计了控制系统硬件和软件部分，对硬件原理和电路参数进行了详细阐述，硬件系统以DSP为核心，主要包括：电源电路、驱动隔离电路、电流和电压检测调理电路、保护电路等；在软件设计部分首先进行系统分析，为了便于软件移植和复用，采用模块化的设计思想，分别设计了电机带位置传感器和无位置传感器控制算法。 4)最后在所设计的硬件和软件基础上，搭建了轮毂电机性能试验平台，以验证无刷直流轮毂电机控制系统是否满足设计要求，并基于此平台对轮毂电机样机进行性能测试。 实验部分测试了4种工况，包括空载和带载下的低速、高速状态，实验结果表明，控制系统符合设计要求，能够保证电机稳定运行；同时本文对一台样机进行了效率测试，实验发现控制系统在持续加载条件下运行稳定，进一步说明了控制系统的设计合理性，该试验平台也能为轮毂电机的设计优化提供试验支持。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 轮毂驱动的国内外研究及应用现状

1.2.1 国外研究及应用现状

1.2.2 国内研究及应用现状

1.3 轮毂驱动控制技术研究现状

1.3.1 轮毂电机分类

1.3.2 无刷直流轮毂电机驱动控制研究概况

1.4 本文主要内容及章节安排

1.5 本章小节

第2章 无刷直流轮毂电机运行原理及数学模型

2.1 无刷直流轮毂电机基本介绍

2.2 无刷直流轮毂电机数学模型

2.3 无刷直流轮毂电机控制策略分析

2.4 无刷直流轮毂电机无位置传感器控制

2.5 本章小结

第3章 无刷直流轮毂电机控制系统硬件设计

3.1 硬件系统总体框架设计

3.2 控制系统硬件电路设计

3.2.1 DSP最小系统设计

3.2.2 电源电路设计

3.2.3 霍尔位置信号检测调理电路

3.2.4 PWM信号驱动隔离电路

3.2.5 反电势过零检测电路

3.2.6 电流检测与保护电路

3.2.7 母线电压检测电路

3.2.8 电磁兼容设计

3.3 本章小结

第4章 无刷直流轮毂电机控制系统软件设计

4.1 控制系统软件设计需求分析

4.2 主程序设计

4.3 无位置启动程序

4.4中断子程序设计

4.4.1 无刷直流电机方波控制子程序

4.4.2 无位置传感器控制程序

4.4.3 双闭环PI控制算法

4.4.4 A/D中断子程序

4.5 本章小结

第5章 控制系统实验与分析

5.1 电机测试平台

5.2 实验结果与分析

5.2.1 霍尔位置信号输出调试

5.2.2 驱动电路测试

5.2.3无刷直流轮毂电机方波控制测试

5.2.4 无刷直流轮毂电机无位置传感器控制测试

5.3 无刷直流轮毂电机性能测试

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 主要工作及结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及成果