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基于模型的电动汽车用交流异步电机矢量控制系统研究

孙辉安  
【摘要】:本文以电动汽车用交流异步电机矢量控制系统为研究核心,首先比较了各种电动汽车用驱动电机、对比了矢量控制和直接转矩控制、给出了基于模型设计相对于传统开发流程的优势所在。为了给仿真和控制器提供理论基础,本文详细给出了 Clark和Park变换的过程;从转子到定子的折算开始,严格推导了异步电机在各种坐标系下的数学模型,得出矢量控制的基本方程式;对SVPWM调制的原理、方法、本质进行了系统的介绍;对基于电压电流限制条件的弱磁拓速理论,从全速范围内转矩最大化角度进行了系统的阐述。在Matlab/Simulink交互式开发平台上建立了整个矢量控制系统的功能仿真模型,对矢量变换、转子磁链观测器、SVPWM、弱磁拓速进行了仿真验证。分别给出了未加弱磁、加上弱磁时系统各参数的动态响应曲线,并对仿真结果进行了详细的分析和说明。仿真结果表明:在恒转矩区、恒功率区和恒电压区全速范围内电机磁链、转速、电流能够快速正确地跟随,转矩动态响应快、脉动小。本文采用基于模型的设计(Model-based Design)开发异步电机控制器软件,利用MATLAB软件产品族中的代码生成工具Embedded Coder将上层控制策略Simulink模型生成针对TI公司C28x系列DSP的C代码,然后手工编写DSP芯片TMS320F28335的底层驱动,最后在Code Composer Studio中完成上层控制策略和底层驱动的集成。给出了控制器电源电路、相电流采样电路、光电编码器处理电路、电机控制器CAN通信电路(采用自定义协议)、PWM电平提升电路、BTS6143高端驱动电路,搭建了整车控制器和电机控制器联合调试硬件平台,对系统软硬件进行了调试和实验。调试结果表明:逆变器能够输出接近正弦波的电流波形,电机转速能够快速响应跟随,系统具有较好的动态响应特性。


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