混合动力汽车用无刷直流电机控制策略研究

【摘要】：无刷直流电机以其效率高、体积小、寿命长、无噪音、无干扰、易调速等特点，在混合动力汽车中得到广泛应用。目前使用较多的调速方法是传统的PID控制，但是无刷直流电机是一个强耦合非线性的系统，所以采用PID控制不能满足调速要求精确的场合，随着计算机和现代控制理论的发展，运用智能控制成为无刷直流电机调速的趋势。 本文简述了混合动力汽车的研究现状以及无刷直流电机的发展过程，根据无刷直流电机的结构和工作原理，建立了电机的数学模型，并在此基础上对电机进行了Matab/Simulink下的建模，通过对建成模型的仿真分析，得出相应的转速曲线、相电流曲线和反电动势曲线。 论述了电机常用的经典PID控制方法以及先进的模糊控制，并对模糊控制进行了描述，着重介绍了模糊控制器的设计步骤，在Matab中运用fuzzy工具箱完成了电机的模糊控制模型的仿真，仿真结果表明模糊控制比传统的PID控制有更好的控制效果。 基于MPC555控制器完成了无刷直流电机控制系统的硬件和软件设计。硬件模块主要有供电电源模块，驱动电路模块，位置检测模块，电流检测模块。在CodeWarrior V8.7中进行了软件的编写，根据模块化编程的思想，建立了各模块的程序流程图，并进行了主程序和子程序的编写，子程序主要包括：位置检测子程序、定时测速子程序和电流采样子程序。并在Lab VIEW中编写了VISA串口采集数据和显示数据的程序图，实现了电机转速的实时监测。 搭建了电机的实验平台，进行了电机的转速采集以及三相霍尔信号的采集，进行了转速的PID控制，初步验证了电机控制系统的有效性。 【关键词】：混合动力 无刷直流电机 MPC555 模糊控制 软件设计
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.2 无刷直流电机的发展及国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 无刷直流电机的国内研究现状12-13
• 1.3 论文的研究内容及章节安排13-15
• 第二章 无刷直流电机及其控制算法15-29
• 2.1 无刷直流电机的结构和工作原理15-21
• 2.1.1 无刷直流电机的结构15-17
• 2.1.2 无刷直流电机的工作原理17-21
• 2.2 无刷直流电机数学模型21-23
• 2.2.1 电压方程21-22
• 2.2.2 转矩方程22-23
• 2.3 传递函数模型23-25
• 2.4 无刷直流电机控制策略25-28
• 2.4.1 PID 控制25-27
• 2.4.2 模糊控制策略27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 基于 Matlab/Simulink 的无刷直流电机建模与仿真29-43
• 3.1 无刷直流电机的建模与仿真29-35
• 3.1.1 BLDCM 本体模块29-31
• 3.1.2 速度控制和转矩计算模块31-32
• 3.1.3 参考电流模块32-33
• 3.1.4 电流滞环控制模块33-34
• 3.1.5 功率驱动模块34-35
• 3.2 模糊控制器的 Matlab 仿真35-39
• 3.3 仿真结果39-42
• 3.3.1 PID 控制结果分析39-41
• 3.3.2 模糊控制结果分析41-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 无刷直流电机控制系统硬件设计43-57
• 4.1 主控芯片 MPC555 简介43-48
• 4.1.1 双队列模数转换模块（QADC64）44-45
• 4.1.2 时间处理单元（TPU3）45-46
• 4.1.3 串行队列模块(QSMCM)46-47
• 4.1.4 模块化输入/输出(MIOS1)47-48
• 4.2 MPC555 外围电路48-49
• 4.3 无刷直流电机驱动电路模块49-56
• 4.3.1 供电电源模块49-51
• 4.3.2 功率驱动模块51-52
• 4.3.3 转子位置检测模块52-54
• 4.3.4 电流检测电路54-55
• 4.3.5 PCB 板绘制及电路板的制作55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 无刷直流电机控制系统软件设计57-67
• 5.1 CodeWarrior V8.7 简介57-58
• 5.2 主程序和初始化程序58-59
• 5.3 子程序设计59-64
• 5.3.1 位置检测子程序59-60
• 5.3.2 定时测速子程序60-61
• 5.3.3 转速控制程序61-63
• 5.3.4 电流采样子程序63-64
• 5.4 虚拟仪器 Lab VIEW 程序设计64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 实验与分析67-72
• 6.1 实验68-71
• 6.1.1 霍尔信号的采集68
• 6.1.2 上下桥臂驱动信号68-69
• 6.1.3 相电压信号的采集69-70
• 6.1.4 转速信号采集70-71
• 6.2 本章小结71-72
• 第七章 结论与展望72-74
• 7.1 结论72-73
• 7.2 展望73-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文78

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