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车用永磁同步电机驱动控制系统研究与设计

田永新  
【摘要】:由于国内经济的繁荣,给人们的生活方式带来了巨大的改变,中国内燃机车的年增长量呈现出每年增加的态势,如今中国已跻身汽车使用大国行列。汽车在为人们生活增添了许多便捷和乐趣,但它对地球生态环境的破坏问题亟待解决,能源紧缺和尾气排放已成为人们必须要面对的难题。不消耗不可再生自然资源、不排放尾气的电动汽车越来越为人们所青睐。现在我国电动汽车开发还处于起步阶段,车用电池的开发和车用电机驱动系统的开发为当前学术界所关注。本课题将对车用永磁同步电机的驱动系统进行研究与设计。为了更好的实现电动汽车用电机驱动系统的研究,本文将分析电动汽车的行使环境和行驶过程中的功率传递,结合电动汽车的数学模型,确定了整车所需的性能指标,进而确定了所需永磁同步电机的参数。针对PMSM数学模型,制定了矢量控制和0di?结合的控制方法。本文对矢量控制的基本原理进行了详细的分析,传统电压空间矢量调制算法先要经过扇区计算,再进行复杂的三角函数、无理数计算,使实时控制精度受到了很大影响,针对此问题本文提出了一种基于三矢量合成的无扇区划分调制算法,通过对两相静止坐标中的空间矢量的两轴分量进行合成,消除了扇区计算、三角函数计算,与传统调制方法相比,更易于DSP编程,有效提高了控制的快速性。根据所选择的控制策略,本文搭建了双闭环结构的永磁同步电机硬件系统,以IPM作为电机功率驱动模块,并根据IPM的性能和参数设计了转接驱动电路;以英飞凌32位DSP为核心设计了控制器主板,包括DC-DC供电系统、基于CPLD的硬件保护单元、采样单元、转子角位置和速度监测单元和CAN通讯单元。最后针对硬件平台,使用TC1782独有的通用定时器阵列模块完成了电压空间矢量算法,为控制器设计了主程序和中断程序等。经过调试分析,控制器可以输出正确的SVPWM波形,验证了本文所提出的控制算法的正确性,满足电动汽车用驱动技术的要求。


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