基于模糊推理的电动汽车用轮毂式无刷直流电机差速控制的研究

摘要

电动汽车(EV)由于结构简单、能够利用多种资源以及对环境污染小等优点已经成为解决能源短缺和环境污染等问题的重要途径之一，而轮毂式直流无刷电机(IWBLDCM)由于其本身的优势未来会在EV上得到更加广泛的运用。
　　IWBLDCM是通过把它直接安装在车轮轮毂中从而驱动车辆行驶的，因而可以不需要使用离合器、减速装置以及机械式差速器(MD)等传动装置，在一定程度上使电动汽车的结构得到简化，提升了传动装置的工作效率。由于省去了机械式差速器，电动汽车在转向时存在的差速问题不能得到解决，也就是说当EV处于转向状态时会由于两侧车轮转速相同而所行驶的路径不同造成内侧车轮原地不转而外侧车轮原地打滑的现象，这样会减少轮胎的寿命严重时甚至发生交通事故，因而须要通过电子差速器来实现转向时的差速功能。
　　本文根据机械式差速控制原理，在系统的分析了基于转矩差速控制和基于速度差速控制的优缺点后，采用了一种基于电机输出电磁转矩相等的电子差速(ED)控制策略，即汽车在转向时内外两侧车轮所受阻力不同，若此时两侧车轮具有相同的电磁转矩，那么就可以实现ED控制。
　　本文在详细分析单极性PWM调制和双极性PWM以及IWBLDCM的动态数学模型的基础上，采用了双极性PWM调制的速度电流双闭环调速控制系统，不仅能够实现系统在稳定状态时的无差控制，还能同时具有满意的动态性能。
　　以能够提升车辆在转向时的平稳性以及改善速度响应的动态特性为目的，本文采用模糊控制(FC)来调节速度控制器中的参数，构成模糊PID控制器并把它运用在调速系统中的速度环，与传统PID控制方法相比，它拥有更高的控制精度以及更好的速度动态响应性能。
　　本文依据IWBLDCM输出电磁转矩相等的原理通过相应的开发环境搭建了IWBLDCM的ED控制系统的仿真模型，仿真结果表明该电子差速控制策略在车辆转向时能够很好的实现差速功能，而且还能保证转向时的稳定性以及速度的动态响应特性。
　　本文结合DSP对ED控制系统的软件进行了框图设计。

目录

声明

摘要

插图清单

表格清单

第一章 绪论

1．1 课题的背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外电动汽车发展现状

1．2．2 轮毂式电动汽车发展现状

1．3 轮毂式电动汽车差速控制研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 轮毂式直流无刷电机的原理以及控制策略

2．1 轮毂式直流无刷电机类型

2．2 轮毂式直流无刷电机工作原理

2．3 直流无刷电机数学模型

2．4 轮毂式直流无刷电机调速系统

2．4．1 直流无刷电机调速方式

2．4．2 PWM调速原理

2．4．3 PID控制算法

2．5 直流无刷电机双闭环调速系统

2．5．1 直流无刷电机的传递函数

2．5．2 直流无刷电机双闭环调速系统

2．6 本章小结

第三章 基于转矩的模糊电子差速控制策略

3．1 机械式差速器的原理和分析

3．2 电子式差速器的原理和分析

3．2．1 电子差速的特性

3．2．2 电子差速的实现方法

3．2．3 自适应电子差速控制策略

3．2．4 自适应电子差速速度控制策略

3．3 模糊自整定PID控制原理

3．3．1 模糊控制器的结构

3．3．2 模糊控制器设计流程

3．3．3 模糊白整定PID控制

3．4 本章小结

第四章 基于模糊差速控制的轮毂直流无刷电机的建模和仿真

4．1 PID控制的建模和仿真

4．2 PID控制系统的参数选择和仿真

4．3 基于模糊控制的电子差速系统建模与仿真

4．3．1 电子差速系统的建模

4．3．2 基于传统PID控制的差速系统速度响应

4．3．3 基于模糊PID控制的差速系统速度响应

4．4 本章小结

第五章 基于DSP的电子差速系统软件设计

5．1 电子差速控制系统软件设计流程

5．1．1 主程序设计

5．1．2 电机启动程序

5．1．3 中断服务子程序

5．2 串行通信接口SCI

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文研究的工作

6．2 待研究的工作

参考文献

致谢