電動汽車五相永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的研究

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目 錄
第一章 緒論 1
1.1課題背景及研究意義 1
1.2電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)概述 1
1.2.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能要求 2
1.3電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展的現(xiàn)狀和前景 2
1.3.1永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和分類 3
1.3.2電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的逆變器驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展 4
1.4論文研究的主要內(nèi)容及章節(jié)安排 4
第二章 五相永磁同步電機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)模型分析 6
2.1永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 6
2.1.1五相永磁同步電機(jī)在自然坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 6
2.1.2五相永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 8
2.2五相永磁同步電機(jī)矢量控制原理 9
2.3電壓空間脈寬矢量PWM(SVPWM)技術(shù) 10
2.3.1五相逆變器模型及空間電壓矢量分析 11
2.3.2相鄰最大兩矢量SVPWM控制 13
2.3.3相鄰最近四矢量SVPWM控制 15
2.4 本章小結(jié) 17
第三章 驅(qū)動系統(tǒng)仿真 18
3.1 仿真工具的介紹 18
3.2 SVPWM驅(qū)動控制系統(tǒng)模型的建立 19
3.2.1永磁同步電機(jī)仿真模塊 19
3.2.2扇區(qū)判斷及基本作用時(shí)間求解模塊 19
3.2.2.1相鄰最大兩矢量扇區(qū)判斷及作用時(shí)間求解模塊 19
3.2.2.2 相鄰最近四矢量扇區(qū)判斷及作用時(shí)間求解模塊 21
3.2.3 SVPWM波形生成模塊 22
3.2.4 SVPWM模塊的總體結(jié)構(gòu) 22
3.2.5五相逆變器模型 23
3.2.6 SVPWM控制系統(tǒng)總體仿真模型的建立 23
3.3 SVPWM控制系統(tǒng)仿真結(jié)果與分析 23
3.3.1 相鄰最大兩矢量定子電流響應(yīng)波形 23
3.3.2 相鄰最大兩矢量各相PWM占空比輸出波形 24
3.3.3 相鄰最近四矢量定子電流響應(yīng)波形 24
3.3.4 相鄰最近四矢量各相PWM占空比輸出波形 25
3.4 本章小結(jié) 25
第四章 基于DSP的電機(jī)驅(qū)動器的設(shè)計(jì) 26
4.1 驅(qū)動器硬件設(shè)計(jì) 26
4.1.1硬件設(shè)計(jì)概述 26
4.1.2 DSP控制器TMS320F2812簡述 26
4.1.3 DSP的特性和資源 26
4.1.4電流采樣電路 27
4.1.5電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置信號檢測電路 28
4.1.6 IPM模塊及其驅(qū)動電路的設(shè)計(jì) 28
4.1.7 IPM故障檢測與保護(hù)電路 29
4.2 驅(qū)動器軟件設(shè)計(jì) 31
4.2.1軟件設(shè)計(jì)概述 31
4.2.2軟件的開發(fā)環(huán)境 31
4.2.3系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì) 31
4.2.4電流采樣子程序設(shè)計(jì) 32
4.2.5轉(zhuǎn)速與位置角采樣子程序設(shè)計(jì) 33
4.2.6速度與電流PID控制與調(diào)節(jié) 34
4.2.7 SVPWM算法實(shí)現(xiàn)子程序 35
4.2.8軟件系統(tǒng)的其它模塊 35
4.3 本章小結(jié) 36
第五章 實(shí)驗(yàn)與分析 37
5.1 實(shí)驗(yàn)概述 37
5.2 實(shí)驗(yàn)平臺的介紹 37
5.3 初始位置角測定的方法 38
5.4 實(shí)驗(yàn)電流波形分析 38
5.4.1 相鄰最大兩矢量SVPWM電流波形 38
5.4.2 相鄰最近四矢量SVPWM電流波形 39
5.5本章小結(jié) 39
結(jié)論 41
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43


摘要 隨著全球能源短缺與環(huán)境惡化問題日益嚴(yán)重，電動汽車的發(fā)展越來越受到關(guān)注。其中，電機(jī)驅(qū)動技術(shù)是電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。電動汽車中，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)作為電動汽車的動力源，其對動態(tài)性能和系統(tǒng)的可靠性具有很高的要求。而多相電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有大功率驅(qū)動、高可靠性和極好的動態(tài)性能等優(yōu)點(diǎn)，符合電動汽車對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的要求。隨著電力電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的發(fā)展，使得多相電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為了可能。本文以電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)為背景，以五相永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，采用數(shù)字信號處理器(DSP)作為系統(tǒng)的主控芯片，設(shè)計(jì)一種新型的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。
首先，本文總結(jié)電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)特點(diǎn)，分析了永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理以及在不同坐標(biāo)軸下的數(shù)學(xué)模型。然后著重介紹了多相電壓空間矢量控制方法(SVPWM)的原理，在Matlab中對驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了其可行性。在實(shí)驗(yàn)平臺方面，本設(shè)計(jì)采用美國TI公司專門為電機(jī)數(shù)字化控制設(shè)計(jì)的32位定點(diǎn)DSP控制器TMS320X2812作為控制器，分別設(shè)計(jì)了電流采樣電路，電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置檢測電路以及IPM驅(qū)動及故障檢測與保護(hù)電路。本文并基于C語言編寫了空間電壓脈寬調(diào)制(SVPWM)算法的程序以及矢量控制的程序。最后，采用設(shè)計(jì)的驅(qū)動控制器進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動實(shí)驗(yàn)的研究，驗(yàn)證控制系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞: 電動汽車 多相永磁同步電機(jī) 空間電壓矢量控制技術(shù)(SVPWM) 數(shù)字信號處理器(DSP)

Drive System of Five-phase Permanent-Magnet Synchronous Motor for Electric Vehicle Based on DSP
Abstract:With the deterioration of the energy and deterioration of the en vironment,people pay more attention to the development of electric vehicle (EV). One of the keys to the development of electric vehicles is the development of electric vehicle drive system. Electric vehicle drive system,as the power source of the electric vehicle, has the very high request of dynamic performance and operating reliability . Multiphase motor drive system has the advantages of achieving high power drive, high reliability and excellent dynamic performance,which is just according with the requirement of electric vehicles to the motor drive system.With the development of power electronic technology and microprocessor technology, the implementation of multiphase motor drive control system has the possibility to come ture. This paper takes electric vehicles as application background.Multiphase permanent magnet hub motor is taken as driving motor,DSP as the master control chip. Besides, we design the new electric car motor driving system based on the controller of DSP.
First of all, this paper summarizes the current developing situation of the electric vehicle drive system and analyzes basic structure and principle and the mathematical model of permanent magnet synchronous. And then the principle of voltage space vector (SVPWM) control method is introduced,the drive control system is simulated in Matlab,and its feasibilit..