基于TMS320F2812的纯电动汽车永磁同步电机控制器的开发研究

【摘要】：随着全球汽车保有量的急剧增长,传统的燃油机汽车在带给人们便利的同时,对人类环境所造成的危害越来越严重。纯电动汽车是以可充电电池为能源的交通工具,具有零排放无污染的突出优点,开发前景十分广阔。电机及电机控制器是电动汽车动力系统中的核心部分。本文选用永磁同步电动机作为车用电机,采用高速DSP芯片(TMS320F2812)作为控制电路的核心芯片,并构建了一整套调速系统来驱动永磁同步电动机。本文的主要内容为： 首先,介绍了永磁同步电动机的由来,结合其结构和特点,建立了永磁同步电动机的数学模型。运用坐标转换理论,对电机的数学模型进行解耦,并详细地介绍了永磁同步电动机的矢量控制原理和策略,然后对比几种常用的矢量控制方法,得出本文调速系统使用class=0矢量控制方法。 其次,设计了一套以DSP芯片TMS320F2812的矢量控制变频调速控制系统。系统的硬件电路包括主电路、逆变电路、检测控制电路、功率驱动电路、保护电路和供电电路。根据各个电路中核心芯片的特点,结合一些重要元件的参数计算,完成了系统的硬件电路的设计和调试;而在系统的软件设计上,针对硬件电路和DSP芯片的硬件资源和特点,在实现系统的稳定调速的功能下,充分利用了模块化、面向对象的程序设计。 再次,使用Matlab/SIMUlink软件对整个调速系统进行仿真。主要利用坐标转换模型和SVPWM波形发生模型构建了永磁同步电动机矢量控制变频调速系统模型。完成了整个系统模型的搭建和参数计算,系统仿真出来的结果表明,系统采用矢量控制方法,响应速度得到了显著提高,动静态性能得到了一定程度的改善。 最后,完成了下位机和上位机的软件设计和调试,下位机DSP系统的功能实现是通过CCS2000编程软件,使用汇编和C语言相结合进行模块化编程,将各个不同功能的模块进行独立编程,相互间的调用只需些规则就能进行调用,从而极大地增强了系统的可移植性和可修改性。上位机系统使用的VC++6.0编程软件,通过VC串口通讯协议,将下位机系统中串口发出的代码转换成上位机PC显示界面的数据及故障显示。 【关键词】：矢量控制 永磁同步电动机 纯电动汽车 DSP Matlab/SIMUlink
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题来源、背景和意义9
• 1.2 电动机的发展状况以及电机控制器国内外发展情况9-12
• 1.2.1 电动机发展状况9-10
• 1.2.2 美日等发达国家电机控制器的发展情况10-11
• 1.2.3 国内电机控制器的发展情况11-12
• 1.3 课题研究内容和安排12-14
• 第2章 永磁同步电动机的矢量控制14-29
• 2.1 永磁同步电动机14-15
• 2.1.1 永磁同步电动机的由来、结构和特点14-15
• 2.1.2 永磁同步电动机调速系统概况15
• 2.2 永磁同步电动机的数学模型15-17
• 2.3 永磁同步电动机的矢量控制17-20
• 2.3.1 矢量控制原理的起源和发展17-18
• 2.3.2 矢量控制基本原理18-20
• 2.4 永磁同步电机矢量控制的基本电磁关系20-24
• 2.4.1 电压极限椭圆21-22
• 2.4.2 电流极限圆22
• 2.4.3 恒转矩轨迹22-23
• 2.4.4 最大转矩/电流轨迹23-24
• 2.5 永磁同步电动机的矢量控制策略24-27
• 2.5.1 i_d=0控制24-25
• 2.5.2 弱磁控制25-26
• 2.5.3 最大转矩/电流控制26-27
• 2.6 永磁同步电动机矢量控制系统设计27-29
• 第3章 基于永磁同步电机的调速系统的硬件设计29-49
• 3.1 系统硬件设计的主要内容29-30
• 3.2 主回路30-33
• 3.2.1 智能功率模块IPM30-33
• 3.3 检测电路33-39
• 3.3.1 TMS320F281233-36
• 3.3.2 电流采样电路36-37
• 3.3.3 温度采样电路37-38
• 3.3.4 油门采样电路38
• 3.3.5 母线电压检测电路38
• 3.3.6 转速和电机位置检测电路38-39
• 3.4 功率驱动电路及保护电路39-43
• 3.4.1 功率驱动电路39-40
• 3.4.2 驱动保护电路40-43
• 3.5 控制及驱动板供电电路43-47
• 3.5.1 UC3844芯片简介43
• 3.5.2 UC3844芯片工作原理43-44
• 3.5.3 供电电路中一些元件重要参数的设计44-46
• 3.5.4 漏感消除电路46
• 3.5.5 电压反馈电路46-47
• 3.5.6 电流反馈电路47
• 3.6 电磁抗干扰措施及硬件实物图47-49
• 第4章 基于永磁同步电动机调速系统的软件设计49-54
• 4.1 软件设计总体思路49-50
• 4.2 系统功能模块50-53
• 4.2.1 位置和转速检测模块51
• 4.2.2 SVPWM波形生成模块51-52
• 4.2.3 故障中断服务模块52-53
• 4.3 软件设计中的问题53-54
• 4.3.1 软件滤波53-54
• 第5章 永磁同步电动机调速系统的仿真实现54-60
• 5.1 MATLAB简介54
• 5.2 Simulink简介54
• 5.3 系统的模型54-58
• 5.3.1 坐标转换模块55
• 5.3.2 SVPWM波形发生模块55-58
• 5.4 仿真结果58-60
• 第6章 永磁同步电动机调速系统的调试60-64
• 6.1 上位机调试60-61
• 6.1.1 VC++6.060
• 6.1.2 VC串口通讯60-61
• 6.1.3 显示界面61
• 6.2 下位机调试61-64
• 6.2.1 CCS200062
• 6.2.2 调试界面62-64
• 第7章 全文总结与展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录A 主程序代码70-71
• 附录B 坐标变换子程序代码71-72
• 附录C SVPWM波生成模块程序代码72-76
• 附录D 速度采样子程序代码76-77
• 附录E 异步通讯程序代码77-81
• 攻读学位期间的研究成果81

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