轻型电动车无刷直流电机驱动系统的研制

摘要

与传统内燃机汽车相比，电动车是唯一符合“零排放”标准的机动车。近四十年来，各国政府大力发展电动车产业，将其作为解决能源日益枯竭及环境逐渐恶化的有效手段。因无刷直流电机具有优良的调速特性，且其运行可靠、结构简单及寿命长，近年来在电动汽车上得到广泛应用。 本文研制了一种运用于轻型电动车的无刷直流电机驱动系统，它包括控制单元及电机驱动模块两大部分。相较于传统式电动车，本设计将驱动电路、无刷直流电机及电动车轮子整合成一个驱动模块，电动机动力直接驱动电动车，而不需传动系统。控制单元是以数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP）为控制基础，并通过控制局域网络总线（Controller Area Network Bus，CAN Bus）接收检测信号及传送指令驱动无刷直流电机，每一模块可根据不同驾驶模式独立运作。通过软件的设定，本文所设计的电机驱动模块可搭配在不同形式的电动车上，不需要更改电路设计。 经实机测量，本文所研制的轻型电动车，可达到前进、后退、转弯及原地转向等驾驶模式。通过电流限制功能可控制电动机输出转矩，使电动车运转于省电模式。轻型电动车具有能量回馈功能，通过无刷直流电机不同象限的控制，刹车时的动能可转为电能回充于电池。测试得到，驱动系统效率最高可达80％。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外发展现状

1．3 本文主要研究的内容及论文结构

第2章 轻型电动车架构与控制策略

2．1 轻型电动车的架构

2．1．1 轻型电动车基本架构的确定

2．1．2 电池电源的比较

2．1．3 传动系统的选择

2．2 无刷直流电动机

2．2．1 无刷直流电动机的基本结构

2．2．2 无刷直流电动机等效电路与数学模型

2．2．3 无刷直流电动机换相过程与PWM信号分配

2．3 轻型电动车的驾驶模式

2．4 轻型电动车驱动系统控制策略

2．4．1 轻型电动车电机电压控制策略

2．4．2 轻型电动车直行控制策略

2．4．3 轻型电动车转弯控制策略

2．4．4 轻型电动车调速控制策略

第3章 轻型电动车驱动控制系统的硬件设计

3．1 功率主电路

3．2 TMS320LF2407A及其外围电路

3．2．1 TMS320LF2407A简介

3．2．2 电源变换及复位电路

3．3 各功能电路设计

3．3．1 驱动电路

3．3．2 电流检测电路

3．3．3 转子位置检测电路

3．3．4 保护电路

3．3．5 开关输入电路

3．3．6 脚踏板输入电路

3．4 CAN总线接口电路

3．5 电机驱动模块整合设计

第4章 轻型电动车驱动控制系统的软件设计

4．1 CCS集成软件开发环境介绍

4．2 轻型电动车驱动系统软件结构

4．3 系统主要模块的程序实现

4．3．1 速度控制流程

4．3．2 电流控制流程

4．3．3 控制单元程序流程

4．3．4 电机驱动模块程序流程

第5章 轻型电动车驱动系统实验研究

5．1 驾驶模式测量

5．2 电流限制信号测量

5．3 电流限制对电动机特性的影响

5．4 电池电压对电动机特性的影响

5．5 电动车操作测量

5．6 并联操作测量

第6章 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

致谢