基于DSPF2407a的混合动力汽车电机驱动系统的分析与设计

【摘要】： 混合动力汽车(HEV)是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的新车型,具有燃油汽车的动力性能且尾气排放量较低,是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。驱动电机作为混合动力汽车中的主要部件,在混合动力汽车中起着至关重要的作用。 课题来源于国家“十五”863《电动汽车》重大专项中,长安汽车公司承担的混合动力轿车项目。核心内容为混合动力轿车驱动系统中的电机控制系统的研发。 论文首先分析了混合动力汽车驱动系统的结构,比较了各种电机的特点,根据项目需求,选用中科易能公司型号为TYC1-157-267-26-C的永磁同步电机作为系统的驱动电机。建立了永磁同步电机的数学模型,并针对混合动力汽车工况要求,将矢量控制技术、SVPWM技术以及闭环控制技术应用于永磁同步电机,实现混合动力汽车电机驱动控制系统的数字控制。 依据控制方案,设计开发了基于DSP的混合动力汽车电机驱动系统。 选用TI公司电机控制专用芯片DSPF2407a作为控制器,三菱IPM模块作为功率模块,并设计电压电流检测电路、转速\位置检测电路、DSP接口电路及保护电路。 在CCS环境下,以C语言内嵌汇编语言的方式编写了主程序、PMSM驱动子程序、故障中断程序及CAN通信程序。 在测试台架上进行了电机响应性能测试、电机系统外特性(MAP)测试、电机控制精度测试及系统保护功能测试。 测试结果表明系统具有较高的可靠性及较好的运行特性:基速以下输出大转矩,能适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况;基速以上恒功率运行,能适应最高车速、超车等要求,且体积小、重量轻、性价比高,完全满足汽车厂商混合动力汽车的要求。 【关键词】：混合动力汽车 永磁同步电机(PMSM) 驱动系统 数字信号处理器(DSP)
【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】：2008
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 课题背景及意义10-12
• 1.2 国内外混合动力汽车发展动态及趋势12-14
• 1.2.1 国外发展动态及趋势12-13
• 1.2.2 国内发展动态及趋势13-14
• 1.3 混合动力汽车驱动系统的发展概况14-22
• 1.3.1 混合动力汽车驱动系统结构及其特点14-20
• 1.3.2 混合动力汽车驱动系统中各电机的特点比较20-22
• 1.4 论文研究内容22-24
• 第二章 系统电机选型及控制方案24-51
• 2.1 永磁同步电机的结构及特点24-27
• 2.1.1 表面式转子结构24-25
• 2.1.2 内置式转子结构25-26
• 2.1.3 永磁同步电机的特点26-27
• 2.2 系统电机选型27
• 2.3 汽车工况分析27-28
• 2.4 永磁同步电机的数学模型28-36
• 2.4.1 永磁同步电机静止三相坐标系(ABC)模型29-31
• 2.4.2 静止三相坐标系(ABC)到静止两相坐标系(α-β)变换31-33
• 2.4.3 两相静止坐标系(α-β)到两相旋转坐标系(d-q)变换33-36
• 2.5 电机调速控制36-43
• 2.5.1 控制策略选定37-38
• 2.5.2 最大转矩/电流控制的实现38-39
• 2.5.3 弱磁控制39-43
• 2.6 PID 控制43-45
• 2.6.1 PID 算法原理43-45
• 2.6.2 系统 PID 参数整定45
• 2.7 脉宽调制技术45-50
• 2.7.1 空间矢量脉宽原理46-49
• 2.7.2 SVPWM 开关模式49-50
• 2.8 小结50-51
• 第三章 系统硬件设计51-74
• 3.1 系统总体结构51-52
• 3.2 主回路设计52-55
• 3.2.1 充电控制逻辑单元52-54
• 3.2.2 功率驱动单元54-55
• 3.3 DSP 控制器55-61
• 3.3.1 DSP 的特点及资源56
• 3.3.2 系统设计中所用的DSP 硬件资源56-58
• 3.3.3 DSP 接口电路58-61
• 3.4 电源板设计61-63
• 3.5 检测电路63-70
• 3.5.1 电压检测63
• 3.5.2 电流检测63-65
• 3.5.3 转速位置检测电路65-70
• 3.6 保护电路70-73
• 3.6.1 过压保护70
• 3.6.2 过流保护70-71
• 3.6.3 过温保护71-72
• 3.6.4 故障综合及封锁电路72-73
• 3.7 小结73-74
• 第四章 混合动力车驱动系统软件设计74-80
• 4.1 主程序设计74-76
• 4.1.1 初始化程序75-76
• 4.1.2 CAN 通信程序76
• 4.2 中断服务程序设计76-79
• 4.2.1 PMSM 控制程序76-78
• 4.2.2 故障处理子程序78-79
• 4.3 小结79-80
• 第五章 系统测试80-88
• 5.1 功率电路测试80-82
• 5.2 系统响应性能测试82
• 5.3 电机外特性（MAP）测试82-84
• 5.4 电机控制精度测试84-86
• 5.5 保护功能测试86-87
• 5.6 小结87-88
• 第六章 结论与展望88-90
• 致谢90-91
• 参考文献91-93
• 个人简历93

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