基于低分辨率位置传感器的电动汽车轮毂电机的驱动

摘要

能源短缺与环境污染的加剧为电动汽车的发展带来契机，将电动机和车轮结合在一起直接驱动的轮毂电机由于其将驱动电机、机械传动和制动装置整合到轮毂内，能够大大简化电动车辆的机械传动部分，获得广泛的重视。
　　 本文研究了用于电动汽车轮毂电机的永磁同步电机驱动技术，并结合轮毂电机特点，使用低分辨率位置传感器即霍尔位置传感器代替传统的光电编码器等高分辨率位置传感器检测转子位置，然而由于三相霍尔位置传感器只能输出六个位置信号，因此其检测效果和精度有待提高，本文重点对于使用低分辨率位置传感器即霍尔位置传感器检测转子位置的方法进行了研究。然后在硬件与软件平台上，开发并搭建了用于轮毂电机控制与驱动的硬件平台和软件平台，并进行了实验研究。
　　 本文首先对永磁同步电机矢量控制原理进行了研究，给出了永磁同步电机在三相静止坐标系及两相旋转坐标系下的数学模型，以及3/2变化的公式。并介绍了空间矢量脉宽调制原理即SVPWM算法。接着针对在采用低分辨率位置传感器的电机系统中存在的转子位置和转速估算效果较差的问题，介绍了采用低分辨率霍尔位置传感器估算转子位置和转速的基本原理和方法，讨论并且比较了为提高估算精度所采取的不同策略，并结合电动汽车轮毂电机永磁体极对数较大的特点，提出线性转子位置校正的方法以及自动边界位置补偿法，以抑制因电机霍尔位置传感器安装偏差导致的转子位置估算误差。然后搭建了以TMS320F28035为核心的系统实验平台，对轮毂电机驱动系统的各部分硬件如驱动电路，开关电源，采样电路，信号调理电路，保护电路等分别进行了介绍，在硬件平台上，完成了TMS320F28035各外设部分低层驱动的配置，并在此基础上，开发并搭建了控制软件平台及其子程序，主要包括:基于SCI与CAN的通信程序，AD采样程序，基于霍尔位置信号的速度与角度计算，基于角度变化的2/3变换，SVPWM控制以及转速与转矩控制的PI调节器等，实现对于轮毂电机速度和电流的双闭环控制。同时还包括电压、电流、温度的保护程序。最后为改善电机控制效果，进行了初步的实验和调试。并通过与同轴连接的光电编码器信号进行比较分析，对本文提出的低分辨率位置传感器检测转子位置算法进行了实验研究。实验结果表明，该算法能够有效提高永磁同步轮毂电机转子位置和转速的估算精度，使系统的动态和稳态性能得到改善，该实验平台基本实现了设计要求，为下一步软硬件的优化提供了实现平台，并且为今后电动汽车系统的整合和应用打下了良好的基础。