基于直流无刷电机的电动汽车驱动系统起动过程研究

摘要

随着全球环保意识的增强和能源问题的突出，电动汽车已成为绿色节能环保车辆的最主要发展方向，在21世纪得到迅速发展。电机及其控制技术是电动汽车的关键技术之一，是研究电动汽车首要解决的问题。
　　 电机驱动系统是电动汽车的心脏，直接决定了电动汽车的性能。以直流无刷电机(Brushless DC Motor)为研究对象，在研究直流无刷电机结构原理和运行特性的基础上，建立了直流无刷电机驱动系统的数学模型，分析了电动汽车驱动系统起动过程的转矩脉动现象。为提高驱动系统的起动性能，采用速度环为外环，电流环为内环的双闭环控制方案，对驱动系统的起动过程进行控制。
　　 提出了一种新的控制策略，速度环采用PID控制算法，电流环采用电流滞环控制算法，以满足电动汽车对驱动系统起动过程的要求。以直流无刷电机数学模型为基础，建立了电动汽车用直流无刷电机驱动系统的仿真模型。利用Matlab/Simulink对驱动系统进行了仿真研究，仿真结果表明该驱动系统具有良好的控制性能。利用自主研发的某款电动汽车进行了实车转鼓试验，试验结果验证了仿真模型的正确性。
　　 以TI公司的电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A作为核心控制芯片，设计开发了一套电动汽车驱动系统起动过程的试验平台。对控制系统硬件电路的设计方案和各个功能模块的DSP软件实现给出了详细的介绍。
　　 以自行设计开发的直流无刷电机驱动系统试验平台为基础，对硬件和软件进行了联合调试与试验。试验结果表明，设计的基于DSP的直流无刷电机驱动系统调试方便，波形稳定，运行可靠，具有良好的控制性能。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 电动汽车的国内外研究状况

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 电动汽车驱动系统的特点及关键技术

1.3.1 电动汽车驱动系统的特点

1.3.2 电动汽车驱动系统的关键技术

1.4 直流无刷电机概述及控制技术的发展状况

1.4.1 直流无刷电机概述

1.4.2 直流无刷电机控制技术的发展状况

1.5 课题研究的主要内容

第二章 直流无刷电机的运行原理和数学模型

2.1 直流无刷电动机的基本结构

2.1.1 直流无刷电机本体

2.1.2 位置检测器

2.1.3 逆变器和控制器

2.2 直流无刷电机的运行原理

2.3 直流无刷电机的基本公式和数学模型

2.3.1 直流无刷电机的基本公式

2.3.2 直流无刷电机的数学模型

2.4 直流无刷电机的转矩脉动

2.4.1 转矩脉动的影响因素

2.4.2 转矩脉动的解决方法

2.5 本章小结

第三章 直流无刷电机控制系统设计与控制技术

3.1 控制系统的设计方案

3.2 控制结构

3.3 控制芯片的选择

3.4 控制策略

3.4.1 PID控制原理

3.4.2 电流滞环控制

3.5 控制技术

3.5.1 PWM控制策略

3.5.2 对称PWM波产生

3.5.3 电流检测

3.5.4 位置检测

3.5.5 转速计算

3.6 本章小结

第四章 直流无刷电机控制系统的Matlab仿真与试验

4.1 Matlab/Simulink-SimPowerSystems仿真平台介绍

4.2 直流无刷电机控制系统仿真模型的建立

4.2.1 直流无刷电机本体模块

4.2.2 反电势模块

4.2.3 转矩计算模块

4.2.4 转速计算模块

4.2.5 转速控制模块

4.2.6 电流滞环控制模块

4.2.7 电流参考模块

4.2.8 电压逆变器模块

4.3 仿真结果分析

4.4 转鼓试验结果及分析

4.5 本章小结

第五章 直流无刷电机驱动系统硬件设计

5.1 系统总体结构

5.2 电机控制系统核心控制芯片

5.2.1 DSP2407芯片简介

5.2.2 TMS320LF2407A的事件管理器

5.2.3 功率驱动芯片的选取

5.3 电机驱动主电路设计

5.3.1 电源转换电路

5.3.2 主电路和缓冲电路

5.3.3 电流信号采样电路

5.3.4 位置信号采样电路

5.4 保护电路的设计

5.4.1 欠压保护电路

5.4.2 过流保护电路

5.4.3 光耦隔离

5.5 本章小结

第六章 直流无刷电机控制系统软件设计

6.1 DSP集成开发环境CCS简介

6.2 主程序的实现

6.3 软件各模块详细介绍

6.3.1 初始化模块

6.3.2 电机起动模块

6.3.3 霍尔信号捕获中断模块

6.3.4 A/D中断服务模块

6.3.5 双闭环调速控制模块

6.4 系统的调试与试验分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文