混合动力汽车用永磁同步电动机驱动系统的研究

【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,它采用内燃机和电机作为动力源,具有低污染、低油耗的特点,是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。而电机驱动系统作为混合动力汽车中的主要部分,在混合动力汽车中起着至关重要的作用。论文以混合动力汽车为研究对象,对混合动力汽车的电机驱动系统进行了研究。 本论文的主要研究工作围绕混合动力汽车用永磁同步电动机驱动系统展开,在永磁同步电机数学模型的基础上,结合对混合动力汽车电机驱动系统的要求,提出了最大转矩／电流与恒功率弱磁控制相结合的矢量控制策略：当汽车处于启动、加速、爬坡等工况下时,采用最大转矩／电流控制策略,满足混合动力汽车低速时输出大转矩的要求。当汽车高速行驶或短时超车时,在逆变器容量不变的条件下,要尽可能的使电机具有更加宽广的调速范围,这里采用了恒功率弱磁控制策略,满足了混合动力汽车在速度较高时能输出较大功率的要求。 高效率的永磁同步电机以及与之相匹配的控制系统是混合动力汽车的关键技术之一。本文中控制系统的主控芯片采用了TI公司生产的DSP TMS320F2812,由于它功能强大,I/O资源丰富,并且支持广泛用于汽车电控的CAN通讯。所以,非常适合于混合动力汽车的实时控制。研究了混合动力汽车的动力总成控制系统的总体结构,以DSP TMS320F2812为核心构建了混合动力总成控制系统的硬件系统。同时设计了CAN总线模块,串行通信模块等。 详细介绍了两种基于旋转变压器的转子位置／速度检测方法,并对这两种方法的利弊进行了比较。 最后本文给出了混合动力汽车的电机驱动系统硬件电路、软件流程和实验数据。从实验所测数据可以看出,本文所设计的永磁同步电机矢量控制系统用于混合动力汽车电机驱动系统中是有效的,基本符合电机驱动系统的要求。 【关键词】：混合动力汽车 永磁同步电机 矢量控制 TMS320F2812
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 混合动力汽车的分类10-13
• 1.3 混合动力汽车用电机比较和选择13-15
• 1.4 本课题研究的主要内容15-16
• 第2章 永磁同步电机的数学模型及控制策略16-31
• 2.1 永磁同步电机的动态数学模型16-18
• 2.2 永磁同步电机的矢量控制18-20
• 2.3 永磁同步电机的主要控制策略20-25
• 2.3.1 i_d=0控制21-22
• 2.3.2 最大转矩/电流控制22-23
• 2.3.3 弱磁控制23-25
• 2.4 永磁同步电机矢量控制系统的实现25-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 混合动力汽车用电机驱动系统硬件设计31-40
• 3.1 混合动力汽车用电机驱动系统整体设计31-32
• 3.1.1 技术指标要求31
• 3.1.2 整体设计31-32
• 3.2 混合动力汽车用电机驱动系统逆变电路设计32-34
• 3.2.1 IGBT模块选择33
• 3.2.2 滤波电容及预充电电路的选择33-34
• 3.3 混合动力汽车用电机驱动系统控制电路设计34-39
• 3.3.1 控制芯片34-36
• 3.3.2 采样电路36-37
• 3.3.3 IGBT驱动电路37-38
• 3.3.4 CAN通信电路38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 永磁同步电机驱动系统位置反馈的研究40-52
• 4.1 旋转变压器的原理40-42
• 4.2 基于AU6802N1的旋转变压器的转子位置/转速检测电路42-43
• 4.3 基于AU6802N1的旋转变压器的转子位置/转速的测量43-45
• 4.4 无解码芯片的转子位置/转速检测电路45-47
• 4.4.1 励磁信号调理电路设计46
• 4.4.2 信号输入调理电路设计46-47
• 4.5 转子速度和位置的计算及结果47-51
• 4.5.1 解调和低通滤波48
• 4.5.2 转子速度和位置计算48-50
• 4.5.3 相位补偿50
• 4.5.4 实验结果50-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 系统软件设计及实验结果分析52-63
• 5.1 永磁同步电机控制器的设计52-55
• 5.2 系统软件流程图55-57
• 5.3 实验结果及分析57-62
• 5.3.1 实验所用装置57-58
• 5.3.2 实验结果分析58-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)70

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