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基于英飞凌TC1782的车用永磁同步电机控制器研发

周鹏  
【摘要】:永磁同步电机因其结构简单、重量轻、体积小、效率高、转动惯量小、功率因数高等优越的性能,现已成为电驱动领域的主力电机。作为控制电机工作的装置,电机控制器是电驱动系统的大脑。本课题来源于实际科研项目,论文的主要内容包括对矢量控制算法的研究以及控制器的硬件和软件设计。控制算法作为影响电机控制器性能的重要因素,对其研究及改进能提高控制器的性能。传统的电机矢量控制的性能依赖于电机参数的准确性,而车用电机的工作环境是复杂多变的,电机运行工况的不同会使其参数发生变化,这会对矢量控制的性能带来影响。针对这个问题,本文从永磁同步电机在三相静止轴系下的数学模型出发,根据坐标变换,推导了两相旋转轴系下的永磁同步电机数学模型,并根据此模型探讨基于传统矢量控制策略的伺服系统的工作原理及其存在的问题。在此基础上,本文推导了永磁同步电机基于定子磁链的数学模型,提出采用基于定子磁链估算的矢量控制策略,从而在控制算法中避开受电机运行工况影响较大的电机电感、永磁体磁链等参数,以减小控制性能受其变化的影响。为消除因电流测量的误差引起的定子磁链观测的误差,提高磁链观测的精度,本文首先分析比较了现有的定子磁链观测器,基于此提出在系统的定子磁链观测器中采用一种新型的双低通滤波器来替代纯积分,估算定子磁链。并考虑到永磁同步电机转子磁链对观测器起动过程的影响,对观测器模型进行了相关的改进。为验证所提算法的可行性,利用MATLAB/Simulink工具箱建立基于定子磁链估算的永磁同步电机矢量控制系统的仿真模型,进行相关的仿真分析。为适应复杂的汽车工作环境,保证安全性和可靠性,本文选用Infineon的32位汽车级单片机TC1782作为控制器的核心控制芯片,与一般的工业级芯片相比,其具有更强的抵抗电磁干扰的能力以及更宽范围的工作温度。控制器的硬件设计主要包括基于TC1782的最小系统以及相关外围功能电路的设计。在集成开发平台TASKING下完成控制器的软件设计。在完成控制器的所有硬件调试和软件调试之后,用所设计的控制器进行试验,试验结果表明该系统能达到预期的设计目标,并且温度、电流等工况的大幅变化没有对控制器的性能造成影响,具有实际工程运用价值。


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