混合动力汽车用永磁同步电机驱动控制系统的容错研究

【摘要】：随着全球经济发展及人们购买力的提高,汽车作为当前受众度较高的代步工具其需求量每年都在大规模地增加,然而由于传统汽车以内燃机燃油或燃气作为动力输出,其无疑为环境及能源问题增加负担。当前随着世界范围内能源危机及环境污染的严峻性,汽车节能、减排的特性越来越引起重视,是未来新型车辆所需具备的性能,而电动汽车的提出为汽车的发展提供了新的方向,可有效缓解环境及能源问题。对于电动汽车,其包括纯电动汽车及混合动力汽车,本文以后者为研究应用对象。混合动力汽车中其交流电机驱动控制系统是整个车体系统中重要的组成,其运行的安全、可靠性将直接影响到汽车行驶的性能。在汽车交流电机驱动控制系统中,其包括有三相逆变器、各路传感器、控制器以及车用电机等部分,因汽车在行驶过程中受路况、机械疲劳等影响,其电机驱动系统的某一部分可能会产生故障问题,影响到电机的驱动性能,进而可能影响到汽车的使用安全性,本文以此为出发点,对汽车中的电机驱动控制系统进行研究分析,进而针对性地提出容错方法,以提高电机的安全、可靠性能,为汽车本身及车上人员增加安全保险,其具体研究内容如下所述:本文首先是对当前混合动力汽车的发展背景及概况予以介绍,并对混合动力汽车中使用的电机特性及运行机理进行分析,提出容错的概念及其主要方式。其次是对永磁同步电机的建模过程进行分析,以Clarke变换及Park变换为基础提出空间电压矢量(SVPWM)对电机驱动控制的实现,对三相六开关模式下的SVPWM的工作机理及以DSP处理器为核心的实现过程进行分析,从而为后文容错方式针对性地分析。然后通过上述分析、了解,对同步电机驱动控制系统中的各模块如功率开关管逆变器、传感器、DSP处理器等故障问题进行分析,主要着手于软、硬件方面,并以此建立逆变器拓扑容错方式、传感器过流、过电压检测及保护容错以及控制器上的相关容错等;最后,利用DSP处理器TMS320F28335进行软、硬件设计,并在Matlab/Simulink下建立永磁电机驱动控制系统的模型,就其在正常态及故障情况下的运行状态进行仿真,通过对仿真结果的分析验证容错方式实现的可行性。 【关键词】：永磁同步电机 驱动控制 SVPWM 功率逆变器 DSP 容错
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.7;TM341
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及研究意义介绍8-9
• 1.2 混合动力汽车永磁同步电机综述9-12
• 1.2.1 混合动力汽车动力系统特性要求9-10
• 1.2.2 永磁同步电机的工作机理及其特性10-11
• 1.2.3 永磁同步电机驱动控制的实现11-12
• 1.3 永磁同步电机的容错控制12-14
• 1.3.1 容错技术的提出及概念12
• 1.3.2 容错技术的方式及其特性12-13
• 1.3.3 永磁同步电机容错的方式及意义13-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 2 永磁同步电机驱动控制系统分析15-25
• 2.1 永磁同步电机的建模过程15-19
• 2.1.1 参考坐标系及其变换15-17
• 2.1.2 永磁同步电机的数学模型17
• 2.1.3 永磁同步电机的矢量控制17-19
• 2.2 永磁同步电机的空间电压矢量控制实现19-22
• 2.2.1 空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)19-21
• 2.2.2 SVPWM控制实现过程21-22
• 2.3 永磁同步电机的控制系统22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 永磁同步电机驱动控制的故障分析25-33
• 3.1 永磁同步电机驱动控制系统的故障形式25-30
• 3.1.1 功率逆变器电源的故障问题25-26
• 3.1.2 传感器故障26-27
• 3.1.3 控制器主体故障27-30
• 3.2 永磁同步电机驱动控制系统的故障检测30-32
• 3.2.1 功率逆变器电源故障检测30-31
• 3.2.2 传感器故障检测31
• 3.2.3 控制器故障检测31-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 永磁同步电机驱动控制系统的容错设计33-54
• 4.1 容错总体设计33-34
• 4.2 永磁同步电机驱动控制器硬件容错设计34-44
• 4.2.1 逆变器容错拓扑结构设计34-37
• 4.2.2 传感器容错设计37-41
• 4.2.3 CAN总线通信容错设计41-43
• 4.2.4 驱动控制器上其他容错设计43-44
• 4.3 永磁同步电机驱动控制系统软件容错设计44-53
• 4.3.1 系统中的主程序设计45-46
• 4.3.2 中断程序的容错设计46-50
• 4.3.3 CAN总线通信设置50
• 4.3.4 其他方面的软件容错设计50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 永磁同步电机驱动控制系统容错建模及实验仿真54-64
• 5.1 永磁同步电机矢量控制容错建模54-63
• 5.1.1 矢量控制总模型建立55-58
• 5.1.2 逆变器容错建模分析58-61
• 5.1.3 传感器容错建模分析61-63
• 5.2 本章小结63-64
• 6 总结及展望64-66
• 6.1 课题总结64
• 6.2 课题展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-69

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