纯电动汽车电机驱动控制系统研究

【摘要】：随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高,汽车已经成为人们日常生活中的重要的代步工具。汽车虽然给人们的生活带来了方便,但是却大量地消耗石油能源,并且对环境造成了一定的危害,阻碍着人类社会的可持续发展。纯电动汽车以其节能、无污染、高效率等优点,成为汽车工业发展的趋势和方向,可以有效解决目前能源短缺和环境污染的问题。本文对低速纯电动汽车电机驱动控制系统进行了研究,以低速电动汽车用直流串励电机为控制对象,开发一款额定电压48V、输出电流120A(持续1小时)、最大输出功率20k W的直流串励电机控制器。本文根据纯电动汽车的实际要求对电机驱动控制系统的需求进行了定义,在此基础上对串励直流电动机的控制系统进行了总体性设计。研究了控制系统功率模块和斩波器的拓扑结构,并对其电路进行了设计,同时给出了控制器功率开关器件的选型依据,最终确定了MOSFET作为控制器的功率器件。选用了STM32F103RBT6作为控制系统的微控制器,并对控制系统的控制电路进行了设计。根据电动汽车的实际运行要求,给出了电机驱动控制系统的整体软件流程图。针对控制器的整体软件架构,对电机驱动控制系统底层功能模块的软件进行了设计,在此基础上设计了控制器的上层控制策略,使纯电动汽车具有良好的启动、调速、停车等功能,同时制定了控制器的故障检测与处理策略,保证了车辆的安全可靠运行。通过对控制系统的软件、硬件的联合测试验证,结果表明,该控制器能够很好的满足设计要求。 【关键词】：纯电动汽车 电机驱动控制系统 直流串励电机 MOSFET 软件
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-13
• 1.1 课题背景及选题意义10
• 1.2 国内外纯电动汽车电机驱动控制系统的发展状况10-11
• 1.2.1 纯电动汽车驱动电机的发展现状10-11
• 1.2.2 纯电动汽车驱动电机控制方法的发展现状11
• 1.3 本文主要工作11-13
• 第2章 直流电机相关理论13-16
• 2.1 直流电机的结构与基本原理13-14
• 2.2 直流电机的分类及特性14
• 2.3 直流串励电机控制理论14-16
• 第3章 电机驱动控制系统需求定义及总体设计16-22
• 3.1 电机驱动控制系统需求定义16-18
• 3.1.1 电机驱动控制系统电气设计指标16
• 3.1.2 电机驱动控制系统功能要求16-18
• 3.2 电机驱动控制系统总体设计18-22
• 3.2.1 电机驱动控制系统整体框图设计18-20
• 3.2.2 电机驱动控制系统外部接口设计20-22
• 第4章 电机驱动控制系统硬件电路设计22-41
• 4.1 电机驱动控制系统功率电路设计22-29
• 4.1.1 功率电路总体拓扑结构设计22-23
• 4.1.2 斩波电路拓扑结构设计23
• 4.1.3 功率开关器件选择23-25
• 4.1.4 斩波电路设计25-27
• 4.1.5 功率开关MOSFET驱动电路设计27-28
• 4.1.6 主接触器电路设计28-29
• 4.2 电机驱动控制系统控制电路设计29-41
• 4.2.1 主控芯片STM32F103RBT6 最小系统设计29-30
• 4.2.2 STM32F103RBT6 端口保护电路设计30-31
• 4.2.3 控制电路电源电路设计31
• 4.2.4 存储器模块电路设计31-32
• 4.2.5 加速踏板模块电路设计32-33
• 4.2.6 开关量输入信号转换电路设计33-34
• 4.2.7 CAN通信电路设计34-35
• 4.2.8 串口通信电路设计35-36
• 4.2.9 电机温度测量电路设计36-38
• 4.2.10 速度检测电路设计38
• 4.2.11 电流采集电路设计38-39
• 4.2.12 双色指示灯电路设计39-41
• 第5章 电机驱动控制系统的软件设计41-65
• 5.1 电机驱动控制系统的整体软件设计41-42
• 5.2 电机驱动控制系统底层功能模块的软件设计42-52
• 5.2.1 数据存储模块的软件设计42-45
• 5.2.2 AD转换模块的软件设计45-47
• 5.2.3 PWM模块的软件设计47-49
• 5.2.4 CAN通信模块的软件设计49-52
• 5.3 电机驱动控制系统上层控制策略的软件设计52-65
• 5.3.1 汽车状态判断的软件设计52-54
• 5.3.2 行车控制的的软件设计54-55
• 5.3.3 停车控制的软件设计55-56
• 5.3.4 故障检测与处理的软件设计56-65
• 第6章 总结与展望65-66
• 参考文献66-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间取得的科研成果70

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