混合型动力汽车电驱动系统的分析与设计

【摘要】： 混合动力汽车(HEV)融合了电动汽车和燃油汽车的优点,具有低排放、低油耗、高性价比的优点,很好地解决了节能和环保问题。电驱动系统作为混合动力汽车的重要组成部分,在混合动力汽车中起着十分重要的作用,对其进行研究具有重要的理论和实践意义。 论文围绕混合型动力汽车电驱动系统展开,分析电驱动系统的需求,研究电驱动系统的控制策略,主要任务是电驱动系统的硬件设计和软件设计。 论文首先分析了混合动力汽车电驱动系统的特点及需求,比较各种电机的性能及特点,根据项目选用浙江中源电气有限公司的TYBZ-1500-160L-4型三相4极永磁同步电机作为电驱动系统的驱动电机。针对电驱动系统的需求,选定最大转矩/电流比控制与弱磁控制相结合的控制策略,并将矢量控制、电压空间矢量脉冲宽度调制以及闭环控制应用于永磁同步电机,设计了全数字式电驱动控制系统。 为使电驱动系统拥有良好的动静态特性,本文将先进的模糊自适应整定PID控制引入到电驱动系统中,实现PID参数的在线调整。为了验证矢量控制以及模糊自适应整定PID控制,在MatLab/Simulink环境下,搭建了仿真模型,结果表明采用模糊自适应整定PID控制的矢量控制系统较常规PID控制响应速度快、超调量小,且动静态特性也有很大的提高,适合电驱动系统的要求。 根据控制方案,设计了基于电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407A的混合动力汽车电驱动系统。包括IPM功率模块驱动隔离电路、DSP外围电路、电压和电流采样电路以及保护电路。采用C语言和汇编语言结合的方式设计了系统软件。完成了初始化主程序、模糊PID控制子程序、驱动中断子程序和中断保护程序的设计。 在实验台架上进行了SVPWM测试、转子磁场定向测试和电机特性测试。测试结果表明电驱动系统在基速以下恒转矩运行,基速以上恒功率运行,能够满足混合动力汽车对电驱动系统的要求。 【关键词】：混合动力汽车(HEV) 永磁同步电机(PMSM) 矢量控制(VC) 自适应整定PID
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U463.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11-12
• 1.2 混合动力汽车电驱动系统电机选择12-13
• 1.3 电驱动系统控制策略综述13-14
• 1.4 论文内容和主要工作14-16
• 第二章 电驱动系统及其控制策略分析16-35
• 2.1 混合动力汽车电驱动系统的分析16-18
• 2.1.1 电驱动系统的需求分析16-18
• 2.1.2 电驱动系统参数匹配及电机选型18
• 2.2 永磁同步电机数学模型18-22
• 2.2.1 永磁同步电机在三相静止坐标系中的数学模型19-20
• 2.2.2 永磁同步电机在dq 坐标系上的数学模型20
• 2.2.3 转子磁场定向矢量控制原理20-22
• 2.3 电驱动系统控制策略分析22-25
• 2.3.1 转子磁场定向矢量控制框图22-23
• 2.3.2 电流控制策略的分析23-25
• 2.4 电压空间矢量脉宽调制原理（SVPWM）25-29
• 2.5 模糊自适应整定PID 控制的分析29-33
• 2.5.1 模糊PID 控制器结构29-30
• 2.5.2 模糊控制规则的分析及模糊推理30-33
• 2.6 小结33-35
• 第三章 驱动系统仿真及分析35-50
• 3.1 电驱动系统的仿真及分析35-45
• 3.1.1 坐标变换模块35-37
• 3.1.2 SVPWM 模块37-41
• 3.1.3 PMSM 转子磁场定向矢量控制系统仿真及结果分析41-45
• 3.2 采用模糊自适应整定PID 的仿真45-49
• 3.3 小结49-50
• 第四章 电驱动系统硬件电路设计50-62
• 4.1 电驱动系统硬件电路总体结构50-51
• 4.2 主电路的分析与设计51-53
• 4.3 控制单元的分析与设计53-56
• 4.3.1 DSP 控制单元分析53-54
• 4.3.2 DSP 外围电路54-56
• 4.4 采样电路设计56-58
• 4.4.1 电压采样电路56-57
• 4.4.2 电流采样电路57-58
• 4.4.3 转子位置和转速采样电路58
• 4.5 系统保护电路设计58-61
• 4.5.1 限流启动保护电路59-60
• 4.5.2 过流保护电路60
• 4.5.3 故障综合电路60-61
• 4.6 小结61-62
• 第五章 电驱动系统软件设计与系统测试62-75
• 5.1 DSP 系统的数据处理62-64
• 5.2 主程序设计64-65
• 5.3 中断服务程序设计65-70
• 5.3.1 PMSM 矢量控制中断程序66-69
• 5.3.2 故障中断处理子程序69-70
• 5.4 系统测试70-74
• 5.4.1 SVPWM 信号测试70
• 5.4.2 转子磁场定向测试70-71
• 5.4.3 电机特性测试71-74
• 5.5 小结74-75
• 第六章 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-80
• 个人简历80

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