车载电动空调电机控制系统设计

摘要

随着新型能源汽车的诞生和普及，与汽车相关的科学技术也发生了不同程度的变化。新型能源汽车的驱动方式多种多样，很多新型能源汽车不能利用发动机直接为空调系统提供动力，因此我们需要研究并利用其它技术驱动车载电动空调系统工作。另外作为汽车的重要设备，车载空调技术的研究水平也将直接影响我国新型能源汽车整车产品质量。本文设计了一套车载电动空调电机控制系统。
　　 首先分析了在汽车工作环境下BLDCM（无刷直流电机）转子位置检测技术问题。由在于汽车的复杂工况环境（电磁干扰，振动频繁，温度湿度变化大）下，位置传感器的分辨率降低、使用位置传感器会导致空调系统整体可靠性和稳定性下降。为了改善电机控制系统性能，设计人员通常采用基于过零检测法的无位置传感器电机技术对BLDCM进行驱动控制。但是过零检测法的低速性能和启动性能差。针对上述问题，论文采用了等电感电势BLDCM转子位置检测方法提取转子位置信号，该方法可以在低速运行情况下有效提取转子位置信号，提高电机系统的低速性能和启动性能。根据以上要求，本文提出了整体设计方案。本设计以意法公司的ST7系列单片机为主控芯片进行了软硬件实现，设计主要包括电机控制模块设计和CAN总线通信模块设计。其次，在车载电动空调电机控制系统的开发过程中，研发人员需要在各种复杂的工况环境下对系统进行调试检测，为了方便调试过程，本文开发了基于CAN总线的车载电动电动空调上位机调试监控系统。
　　 最后，利用调试监控系统对开发的BLDCM控制系统进行测试，实验结果表明该控制系统在低速性能好，在复杂工况环境下实现了基本的调速功能，并且工作状态稳定。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 车载电动空调电机控制系统研究现状

1.3 课题研究的主要内容

1.4 课题的理论意义和应用价值

第二章 车载电动空调电机控制系统总体设计

2.1 车载电动空调电机控制系统一般结构

2.2 电机选择

2.2.1 常用的车载电动空调电机比较

2.2.2 无刷直流电机简介

2.2.3 BLDC控制技术优势

2.3 控制系统总线通信接口选择

2.3.1 总线通信技术在汽车设计中的必要性

2.3.2 总线设计方案选取

2.4 车载电动空调电机控制系统总体方案设计

第三章 BLDC转子位置检测

3.1 BLDC控制原理

3.1.1 BLDC控制系统结构

3.1.2 BLDC工作原理

3.1.3 BLDC数学模型

3.2 BLDC转子位置检测问题

3.3 等电感电势检测法

3.3.1 等电感电势位置检测原理

3.3.2 等电感电势法位置检测电路设计

第四章 车载电动空调电机控制系统硬件设计

4.1 硬件电路总体设计

4.2 主控制电路设计

4.2.1 ST7FMC2S6

4.2.2 ST7FMC2S6接口电路设计

4.3 基于SPI的CAN总线电路设计

4.3.1 CAN总线硬件工作原理

4.3.2 SPI通信模块电路设计

4.3.3 CAN通信模块硬件电路设计

4.4 时钟电路设计

4.5 复位电路设计

4.6 电机驱动电路设计

第五章 车载电动空调电机控制系统软件设计

5.1 电机控制系统主控程序

5.2 电机启动程序

5.3 速度闭环PI调节

5.3.1 闭环调节原理

5.3.2 数字闭环原理

5.3.3 速度闭环程序设计

5.4 SPI通信程序设计

5.5 CAN总线通信程序设计

5.5.1 CAN总线通信总体程序设计

5.5.2 CAN总线初始化程序设计

5.5.3 CAN总线通信数据发送程序设计

5.5.4 CAN总线通信数据接收程序设计

第六章 系统调试

6.1 调试系统方案设计

6.2 调试系统数据通信模块工作原理

6.3 调试系统数据通信模块软件设计

6.4 调试系统上位机界面设计

6.5 汽车空调环境模拟试验的方法

6.6 测试结果

第七章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

谢辞