电动试验车轮毂电机控制器研究

摘要

随着汽车工业的不断发展，环境污染和能源危机越来越严重，纯电动汽车已成为当今汽车领域研究与开发的热点。在电动汽车的各种驱动方式中，采用轮毂电机驱动的电动汽车摆脱了传统燃油汽车在结构上的局限性，具有高能效比、简化车身结构、驱动方式多样等优点。本文顺应当前研究热点，以轮毂式无刷直流电机为控制对象，对带CAN总线的轮毂电机控制器进行研究，设计以微控制器dsPIC30F4011为核心与电动实验车上主控制系统相配合的轮毂电机控制系统。
　　本文在阐述轮毂式无刷直流电机内部结构、运行原理的基础上分析电机的调压调速和转矩控制策略，并采用了电机转速双闭环控制方案。轮毂电机控制器硬件电路采用模块化设计，整个系统分为控制模块、功率驱动模块、CAN收发模块和电源模块等电路。其中控制模块选用电机专用控制芯片dsPIC30F4011，其固有的CAN通信接口直接与整车控制器进行数据通信，符合汽车网络控制的设计理念。功率驱动模块电路根据电机参数，选用 IRS2186(S)作为驱动芯片，功率 MOSFET管选用型号为IPP120N10S4-05组成了24管的功率逆变桥。在软件设计方面，设计轮毂电机控制器驱动和CAN通信程序，并重点阐述了PWM控制信号产生、位置检测、转速计算和双闭环调节等程序。对CAN通信软件设计，选择基于CAN2.0B协议的标准数据帧格式制定了自己的应用层通信协议，并在此基础上设计电机控制器节点的 CAN通信消息收发流程。
　　在 MATLAB/Simulink中搭建电机转速双闭环控制系统的仿真模型，并对电机进行空载稳态运行试验，在试验中观察和分析电机控制系统的部分输出波形。在轮毂电机驱动电动试验车上，通过CAN总线通信控制电路板，利用设计的CAN总线协议，进行实车运行试验，采集电动试验车运行时轮毂电机运行的数据。通过对仿真和实验结果进行分析说明双闭环控制策略和 CAN总线控制系统符合预期效果，能够满足电机运行要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景及选题意义

1.2 轮毂电机驱动电动汽车国内外研究现状

1.3 轮毂式无刷直流电机控制器研究现状

1.4 研究的主要内容

第二章 轮毂式无刷直流电机及其控制策略

2.1 轮毂式无刷直流电机本体结构

2.2 轮毂式无刷直流电机的运行原理

2.3 轮毂式无刷直流电机的数学模型

2.4 轮毂式无刷直流电机控制策略

2.5 电机PWM调速原理及电机控制方法

2.6 本章小结

第三章 轮毂式无刷直流电机控制器硬件电路设计

3.1 轮毂电机控制器硬件电路整体框架设计

3.2 电机主控芯片及其外围电路

3.3 功率逆变桥电路设计

3.4 逆变桥驱动电路设计

3.5 电机控制器其他外围电路设计

3.6 本章小结

第四章 轮毂式无刷直流电机控制器软件设计

4.1 MPLAB X IDE集成开发环境及调试器PICkit 3简介

4.2 电机控制系统软件整体设计

4.3 电机控制系统驱动程序设计

4.4 CAN总线通信程序的设计

4.5 本章小结

第五章 轮毂式无刷直流电机控制系统仿真与实验

5.1 MATLAB/Simulink仿真平台介绍

5.2 无刷直流电机双闭环控制系统模型的建立

5.3 仿真结果与分析

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

总结与展望

1.工作总结

2.研究展望

参考文献

附录

致谢