微型纯电动汽车用开关磁阻电机驱动控制系统的设计与研究

摘要

在汽车保有量快速增长的今天，随之而来的全球环境问题变得日趋严重，发展新能源汽车已成为一种必然趋势。微型纯电动汽车作为新能源汽车家族中的一员，它具有零排放、零污染、低噪声等特点，是一种较为理想的绿色交通工具。开关磁阻电机(SwitchedReluctanceMachine，简称SRM)本身具有结构简单、高可靠性、容错能力强、调速范围宽泛、控制成本低等优点，同时又具备发电能力，易于实现能量回馈，而且坚固耐用可以在恶劣环境中仍然保持良好的工作性能，非常适用于微型纯电动汽车的电驱系统。
　　 本文首先阐述了微型纯电动汽车的研究背景、意义以及国内外发展现状，简述了开关磁阻电机应用于纯电动汽车的优点。详细介绍了开关磁阻电机的结构、工作原理、基本数学方程以及主要控制方式，并在其基础上用MATLAB/Simulink搭建了开关磁阻电机电驱系统的数字仿真系统。分别对12/8极开关磁阻电机的起动、加减速、空载、带载和发电性能进行了仿真研究，为开关磁阻电机电驱系统的硬件和软件设计奠定了理论基础。
　　 其次，以DSP和CPLD双控芯片为核心，设计了开关磁阻电机电驱系统的功率变换电路、驱动电路、缓冲电路、位置检测电路、母线过压过流检测电路、硬件斩波电路以及控制系统系统保护电路。在CCS和QuartusⅡ软件开发环境下完成基于电驱系统的DSP和CPLD程序编写。建立了开关磁阻电机电驱系统实验平台。
　　 最后，根据微型纯电动汽车的实际工况分别进行了起动模式、电动模式、发电回馈模式等模拟实验。实验结果表明，用开关磁阻电机电驱系统作为微型纯电动汽车电驱系统，可以使电动汽车获得高效率、高可靠性、调速方式灵活、调速范围宽泛、易于实现能量回馈等特性。因此，开关磁阻电机电驱系统非常适合于应用在微型纯电动汽车领域中。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 微型纯电动汽车研究的背景与意义

1．1．1 研究的背景

1．1．2 研究的意义

1．2 电动汽车的发展现状与关键技术

1．2．1 国外电动汽车发展现状

1．2．2 国内电动汽车发展现状

1．2．3 纯电动汽车发展的关键技术

1．3 开关磁阻电机的发展简介

1．4 开关磁阻电机应用于纯电动汽车的优点

1．5 本文的主要研究内容

第二章 开关磁阻电机电驱系统理论分析

2．1 微型纯电动汽车电驱系统的构成

2．2 纯电动汽车驱动电机的性能分析

2．2．1 纯电动汽车对驱动电机的性能要求

2．2．2 纯电动汽车驱动电机性能比较

2．3 开关磁阻电机的基本理论

2．3．1 开关磁阻电机结构

2．3．2 开关磁阻电机工作原理

2．3．3 开关磁阻电机的数学方程

2．4 开关磁阻电机数学模型解析方法

2．4．1 电枢绕组电感分析

2．4．2 磁链分析

2．4．3 电枢绕组电流分析

2．4．4 电磁转矩分析

2．5 开关磁阻电机的控制方式

2．5．1 电流斩波控制(CCC)

2．5．2 角度位置控制(APC)

2．5．3 脉宽调制控制(PWM)

2．6 本章小结

第三章 开关磁阻电机电驱控制系统仿真与分析

3．1 电驱仿真系统的整体设计

3．2 电动运行仿真与分析

3．2．1 起动运行仿真与分析

3．2．2 空载运行仿真与分析

3．2．3 带载运行仿真与分析

3．3 发电运行仿真与分析

3．4 本章小结

第四章 开关磁阻电机电驱控制系统硬件设计

4．1 电驱控制系统的构成

4．2 电驱系统控制器的设计

4．2．1 DSP芯片结构与特点

4．2．2 DSP芯片的控制功能设计

4．2．3 CPLD芯片结构与特点

4．2．4 CPLD芯片的控制功能设计

4．3 功率变换电路的设计

4．3．1 功率变换电路拓扑结构

4．3．2 功率器件的选型

4．3．3 栅极电阻和栅源电阻的选型

4．3．4 驱动电路设计

4．3．5 缓冲电路的设计

4．3．6 功率变换器的散热设计

4．4 检测电路的设计

4．4．1 位置检测与整形电路的设计

4．4．2 母线电压电流检测系统电路的设计

4．4．3 电机温度检测电路设计

4．5 硬件斩波电路的设计

4．6 电驱系统的电磁兼容性分析

4．7 本章小结

第五章 开关磁阻电机电驱控制系统软件设计

5．1 电驱控制系统软件框架

5．2 基于DSP的软件设计

5．2．1 主程序模块

5．2．2 中断服务子程序

5．2．3 位置计算

5．2．4 转速计算

5．2．5 速度环和电流环的设计

5．3 基于CPLD的软件设计

5．3．1 控制方式选择模块设计

5．3．2 过流过压保护模块设计

5．3．3 电流斩波延时模块设计

5．3．4 驱动信号发生模块设计

5．3．5 六路驱动信号输出模块设计

5．4 本章小结

第六章 实验结果与分析

6．1 SRM实验系统的构成

6．2 SRM电动运行实验

6．2．1 SRM起动实验

6．2．2 SRM空载运行实验

6．2．3 SRM带载运行实验

6．3 SRM发电实验

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

致谢

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