车用12/10结构开关磁阻电机ISAD系统运行控制研究

摘要

开关磁阻电机是上世纪70年代发展起来的新型调速电机，具有结构简单坚固、起动性能好、成本低、容错性好、可四象限运行等突出优点。ISAD(Integrated Starter Alternator Damper)系统是混合动力汽车中起动、助力、发电、阻尼多功能一体化的系统。将开关磁阻电机应用于混合动力汽车ISAD系统，可提高汽车整车性能，降低汽车油耗和排放，具有很好的应用前景和研究价值。 本文以12/10结构开关磁阻电机在混合动力汽车ISAD系统中的应用为研究背景，重点研究了开关磁阻电机在起动、助力、发电状态的运行控制。结合开关磁阻电机的数学模型，分析了开关磁阻电机在电动与发电状态下的运行特点。根据ISAD系统的性能要求，分别提出了开关磁阻电机在起动、助力、发电三种工作模式下的控制方法。在此基础上，构建了开关磁阻电机的ISAD系统实验平台，设计了开关磁阻电机的控制软件。所设计的开关磁阻电机ISAD系统，通过对不同状态下反馈输入，判断运行状态并根据所在状态调节控制参数。能够在一定负载下带载起动；在助力状态下以效率最优和转矩最优模式为发动机助力；在发电状态，能够为蓄电池提供恒流和恒压两种模式的闭环充电。实验证明，研究的开关磁阻电机ISAD系统运行控制方法性能良好，具有很好的应用前景。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1 ISAD系统简介

1.2开关磁阻电机的发展概况

1.3开关磁阻电机在ISAD系统上的应用

1.4课题研究背景及意义

1.5本文主要研究内容

第二章开关磁阻电机的基本理论

2.1开关磁阻电机调速系统的基本组成

2.2开关磁阻电机的原理、基本结构与特点

2.3开关磁阻电机的数学模型

2.3.1开关磁阻电机的基本方程

2.3.2开关磁阻电机的线性模型

2.3.3开关磁阻电机的磁链特性

2.3.4开关磁阻电机的电流分析

2.3.5开关磁阻电机的机械特性

2.4开关磁阻电机的常用控制方式

2.4.1电流斩波控制(CCC)方式

2.4.2角度位置控制(APC)方式

2.4.3脉宽调制控制(PWM)方式

2.5开关磁阻电机的发电运行

2.5.1开关磁阻电机的功率平衡方程

2.5.2开关磁阻电机的发电运行分析

2.6小结

第三章12/10结构开关磁阻电机调速系统硬件设计

3.1系统构成

3.2开关磁阻电机

3.3功率变换器

3.3.1功率变换器拓扑结构

3.3.2功率变换器具体设计

3.4控制器组成

3.4.1 DSP控制器

3.4.2复杂可编程逻辑器件(CPLD)硬件控制电路

3.4.3外围比较电路

3.5反馈信号检测

3.5.1位置信号检测

3.5.2电流信号检测

3.5.3电压信号检测

3.6小结

第四章开关磁阻电机的控制策略及软件实现

4.1 ISAD系统的控制要求

4.2开关磁阻电机ISAD调速系统的控制策略

4.2.1起动状态控制策略

4.2.2助力状态控制策略

4.2.3发电状态控制策略

4.3开关磁阻电机的控制问题

4.3.1转速计算功能的实现

4.3.2角度位置的准确定位

4.3.3换相逻辑的实现

4.4控制软件结构

4.5后台程序

4.5.1主程序

4.5.2初始化模块

4.5.3起动状态子程序

4.5.4助力状态子程序

4.5.5发电状态子程序

4.6前台中断

4.6.1捕获中断

4.6.2定时器1的中断

4.6.3其它中断

4.7小结

第五章实验及数据分析

5.1实验系统

5.2起动实验

5.3助力实验

5.3.1助力状态导通角度优化实验

5.3.2助力性能分析

5.4发电运行开通角优化实验

5.5闭环发电实验

5.6缺相发电实验

5.7小结

第六章全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

致谢

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