电动汽车异步电动机驱动控制器的研究

摘要

由于零排放、无污染的突出优点，以电能为能源的电动汽车的开发前景十分广阔，其核心部分就是驱动电机及其控制系统。基于数字信号处理器(DSP)的电动汽车的交流电机直接转矩控制技术则是高性能调速的新技术之一。
　　 本论文以电动汽车用交流电机驱动控制器为研究对象，将直接转矩控制思想运用到电动汽车驱动系统中。以TMS320F2812 DSP为控制芯片，根据电动汽车的实际运行状况，采用合适的控制算法，开发出一套电动汽车用交流电机调速装置，并对其结构和性能展开初步的研究分析。主要研究内容如下。
　　 首先，本文列举各种电机、微处理器及控制方案的优缺点，依据电动汽车的特点及其需要达到的性能指标，选择适当的电机，即交流感应电机；适当的微处理器，即TMS320F2812数字信号处理器；适当的控制方法，即直接转矩控制方法。
　　 然后，对直接转矩控制的方法进行分析。论文采用空间电压矢量的分析方法来分析其基本原理结构及算法。建立了电机的磁链和转矩模型，以此为基础研究直接转矩控制的策略。在控制策略中，电机高速与低速运行分别采用不同的磁链模型来尽量减小误差，并使用了混合定子磁通模型来完成高低速的过渡。在MATLAB的环境下，对直接转矩控制进行建模和仿真，验证其算法的可行性，取得了较为理想的控制效果。
　　 最后，通过MATLAB中的Real Time Workshop(RTW)实时工具将仿真模型直接转化为C代码，以TMS320F2812数字信号处理器为控制核心，在DSP的开发环境(Code Composer Studio)下运行，完成了整个交流电机转矩控制的调试实验。程序运行过程比较稳定，实验的结果验证了该硬件的系统电路的可靠性。为TMS320F2812应用于电动汽车上实现直接转矩控制提供了经验和借鉴，具有较大的应用价值。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 电动汽车驱动及控制技术的发展现状

1.2.1 驱动电机

1.2.2 微控制器

1.2.3 控制技术

1.3 直接转矩控制的发展现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章 异步电动机直接转矩控制分析

2.1 直接转矩控制的原理

2.1.1 基本控制方程式

2.1.2 磁通运动轨迹控制原理

2.2 磁链模型和转矩模型

2.2.1 磁链模型

2.2.2 转矩模型

2.3 直接转矩控制策略

2.3.1 磁链调节器

2.3.2 转矩调节器

2.3.3 电压空间矢量的选择

2.4 本章小结

第3章 直接转矩控制系统仿真

3.1 仿真软件MATLAB简介

3.2 主电路模型

3.3 直接转矩控制模型

3.3.1 磁链与转矩计算模块

3.3.2 磁链和转矩滞环比较模块

3.3.3 电压矢量开关选择模块

3.4 仿真结果及其分析

3.4.1 150kW大功率异步电动机仿真

3.4.2 100W小功率异步电动机仿真

3.5 本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1 主电路

4.2 DSP硬件设计

4.2.1 事件管理器(EVA/EVB)

4.2.2 模/数转换单元

4.2.3 SCI接口

4.3 电源电路的设计

4.4 检测电路设计

4.4.1 测速电路的设计

4.4.2 电流检测电路的设计

4.4.3 电压检测电路的设计

4.5 硬件电路中的抗干扰设计

4.6 本章小结

第5章 DSP软件设计

5.1 软件总体设计

5.2 MATLAB实时工具(RTW)

5.2.1 MATLAB实时工具

5.2.2 DSP模块库的建模与设计

5.2.3 MATLAB与CCS代码移植

5.3 RTW方式生成程序

5.3.1 磁链和转矩计算

5.3.2 磁链和转矩的滞环控制

5.4 电压电流检测

5.5 速度检测及计算模块

5.6 本章小结

第6章 实验调试及结果分析

6.1 实验的硬件装置

6.1.1 主电路实物

6.1.2 控制电路实物

6.1.3 电机及负载实物

6.2 实验结果及分析

第7章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录A TMS320F2812最小系统图

附录B 直接转矩控制C程序(RTW转换)

攻读学位期间的研究成果