陈亮[1]2011年在《基于DSP的电动汽车混合励磁无刷直流电机控制系统设计》文中指出能源危机和环境污染急切需求电动汽车的迅速发展。然而电机驱动和控制技术的落后却限制着电动汽车快速进入家庭。为使电机技术全面发展并且跟随国际趋势,综合无刷直流电机和他励直流电机研发出一种新型电机——混合励磁无刷直流电机,既保留了无刷直流电机所有优点,又通过增加励磁绕组使得电机磁场可调。因此混合励磁无刷直流电机的转矩和转速的调节范围更宽,在电动汽车电机驱动领域具有很好的应用前景。混合励磁无刷直流电机控制系统需要协调控制电枢电流与增加的励磁绕组电流,电机的控制系统和控制程序将非常复杂。本设计结合电动汽车实际要求对混合励磁无刷直流电机控制系统的硬件设计和控制软件设计做了大量的研究。首先,介绍了混合励磁无刷直流电机基本原理并得出其数学模型;其次,结合电动汽车实际需求将电机运行方式分为低速零励磁、低速增磁、高速零励磁及高速弱磁等四种模式,并确定了对应的控制策略;再次,基于32位高速定点DSP芯片TMS320F2812和六单元智能功率管IPM设计了控制系统硬件结构;接着,基于硬件结构及控制策略框架设计了控制软件;最后,在MATLAB环境下搭建了本系统的仿真模块并进行仿真,仿真结果分析与理论相符合。
贺莹[2]2006年在《混合励磁无刷直流电机在电动汽车中应用的研究》文中认为能源和环境的压力使得电动汽车迎来了发展的高潮。随着电子技术的成熟,已有多种电动汽车产品投放市场。纯电动汽车由于各种原因难以保证续驶里程,因而混合动力车辆成为目前发展的重点。本文以电动汽车的电动控制部分作为研究对象,首先介绍了混合励磁无刷直流电机的基木结构、工作原理并建立了数学模型。接下来对数字控制系统的硬、软件设计作了详细论述;硬件部分先作了整体设计的论述及主要元件的介绍;然后分别介绍控制电路和主电路设计原理与思路,重点论述了混合电平逻辑设计中的接口解决方案、A/D采样电路、SPI通讯接口电路及主电路的保护等;软件部分则分析了整体控制策略,提出了分段控制的设想并且详细介绍了系统软件实现的资源分配,最后简述主程序、初始化程序、中断服务程序的流程框图。本文的研究重点就是:基于DSP的混合励磁无刷直流电机控制系统,实现调磁、调压与调速之间的动态优化控制。论文最后在总结全文的基础上,对该项研究的发展进行了展望。
蔡凭[3]2004年在《混合励磁无刷直流电机控制系统研究》文中提出混合励磁无刷直流电机是近年来在永磁无刷直流电机基础上发展起来的新型电机,它既具有永磁无刷直流电机优越的调速性能,又能像电励磁电机一样方便的调节气隙磁场,在电动汽车等应用领域具有广阔的市场前景。混合励磁无刷直流电机为方便调磁设有励磁绕组,电机控制变得多元化。本文的研究重点就是:基于DSP的混合励磁无刷直流电机控制系统,实现调磁、调压与调速之间的动态优化控制。本文首先介绍了混合励磁无刷直流电机的基本结构、工作原理并建立了数学模型。接下来的两章,对数字控制系统的硬、软件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计的论述及主要元件的介绍;然后分别介绍控制电路和主电路设计原理与思路,重点论述了混合电平逻辑设计中的接口解决方案、A/D采样电路、SPI通讯接口电路及主电路的保护等;软件部分则分析了整体控制策略,提出了分段控制的设想并且详细介绍了系统软件实现的资源分配,最后简述主程序、初始化程序、中断服务程序的流程框图。将本文的研究设计方案应用到一台实验用永磁无刷直流电动机上,实验结果表明所设计的基于 TMS320LF2406A DSP芯片的数字控制系统能够控制电机顺利起动,而且很好地实现了电机的正确换相和稳定运行。
曹佳伟[4]2018年在《基于T型叁电平变换器馈电的混合励磁双凸极电机驱动研究》文中研究指明定子永磁型混合励磁双凸极永磁电机(简称HDSPM电机)是在双凸极永磁电机和电励磁双凸极电机基础上的继承和发展,成为了双凸极电机研究的新热点。该电机具有结构简单、控制灵活、高可靠性和高效率的特点。混合励磁双凸极电机较好地解决了双凸极永磁电机励磁调节困难和电励磁双凸极电机效率低的问题,在许多工业领域和航空航天、舰船等军事领域具有广阔的应用前景。本文以T型叁电平变换器作为主控电路并以多电平电流滞环控制器为基础构建控制框架,对HDSPM电机的驱动系统和控制策略进行了研究和论证。主要研究内容如下:1.介绍了定子12槽/转子8极的HDSPM电机结构以及HDSPM电机的工作原理;在对电机模型做出假设后,利用JMAG有限元方法软件分析电机的静态特性,建立了HDSPM电机在自然静止坐标系下的数学模型;基于有限元计算获得的磁链、电感数据建立HDSPM电机磁链、电感表格,并在MATLAB/Simulink仿真环境下利用查表法并依据HDSPM电机数学模型建立电机本体仿真模型。2.针对HDSPM电机转矩方程和双拍控制时的特点,分析了HDSPM电机的转矩脉动;并根据各转矩分量的特点,构造了只需测量叁相电流的转矩观测器;分别设计反电势波形函数法和换相区间采用叁相全导通方式对HDSPM电机的稳态转矩脉动和换相转矩脉动进行抑制。3.分析并设计了基于T-NPC叁电平变换器的电流滞环调制策略,利用本文提出的转矩脉动抑制策略计算参考电流,采用多电平电流滞环控制器直接控制叁相电枢电流,并制定了中点电位平衡策略;研究了传统双环控制时采用的单斩调制方式、上下管轮换单斩调制方式;分析了不同策略下各开关状态下电路的工作模态,并完成相应仿真,对比各策略的控制效果。4.研究了开绕组拓扑下的HDSPM电机和双端口T-NPC叁电平变换器的特点,并将多电平电流滞环控制器拓展到双端口变换器,改进中点电位平衡策略;并介绍了电流滞环控制器对开绕组系统零序电流的影响,通过仿真验证了电机控制策略的正确性。5.根据本文提出的转矩脉动抑制策略和电流滞环控制的需求,搭建了一套基于TM320F28335型DSP和Spartan6-LX16型FPGA的硬件控制器,并对各硬件电路的特点进行了介绍;根据不同的逆变器拓扑的控制策略的特点,在CCS6.2.0环境下完成C语言程序的,在ISE14.7完成Verilog语言设计,实现了本文研究的全部控制算法;基于HDSPM电机系统的软硬件分析,结合实验室现有的实验设备,完成了实验平台的搭建;在该平台上完成了控制算法的实验验证,并对实验结果进行了分析。
符荣[5]2015年在《电动客车永磁同步电机设计与参数研究》文中进行了进一步梳理为缓解能源短缺与环境污染问题,纯电动汽车已成为当今汽车产业的一个重要发展方向。作为纯电动汽车核心动力来源的特殊牵引电机,内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM),以体积小、重量轻、高效率、高功率密度、高转矩电流比以及弱磁范围宽等优点,成为牵引电机研究领域的热点。但实际牵引用大功率内置式永磁同步电机的控制,是一个小分母电机参数的控制问题,微小的参数差异将直接影响到牵引用大功率内置式永磁同步电机的控制精度。驱动电机本体研究难点在于实际牵引用大功率内置式永磁同步电机输出性能、设计、参数的精确定量化研究,而精确定量化研究的核心是电动客车永磁同步电机设计与参数准确计算。本文从车辆动力特性需求与不同运行区域下的控制性能要求出发,以纯电动城市客车为研究背景,对牵引用大功率内置式永磁同步电机性能参数匹配设计、电机参数对控制性能的影响机理、结构参数的合理设计方法、满足驱动要求的牵引电机设计、核心控制参数的计算方法与实验方法、系统实验等关键问题进行了深入研究。论文的主要研究工作与成果如下:1.纯电动汽车驱动用IPMSM的输出特性与传统燃油汽车内燃机的输出特性有很大区别,而纯电动汽车整车性能的优劣不仅取决于组成汽车各个核心部件的性能,更大程度上则是取决于各部件之间的协调与配合。本文从汽车动力学特性角度出发,建立纯电动汽车动力特性评价指标以及驱动电机关键性能参数约束模型,提出了一种电动汽车驱动用内置式永磁同步电机性能参数匹配设计方法,为后续满足特定纯电动汽车牵引要求的驱动用IPMSM设计奠定了基础,也为纯电动汽车整车动力参数匹配及整车性能优化设计提供了重要前提。2.针对牵引用大功率内置式永磁同步电机参数变化对控制输出特性影响较大的问题,本文采用标幺值定义下的基波矢量法,对不同控制策略下牵引用内置式永磁同步电机设计参数对电机控制特性的影响机理进行了深入分析,提出了一种增大交轴电感参数的牵引用内置式永磁同步电机设计方法。该方法既能满足纯电动客车对低速区大转矩输出要求,又能满足对高速区宽弱磁范围的要求,为满足特定牵引要求的纯电动客车驱动用大功率内置式永磁同步电机转子结构优化设计奠定了理论基础。3.针对车辆牵引用永磁同步电机的设计方法与普通定频正弦波非调速用永磁同步电机的设计方法之间存在显着差异的问题,本文系统分析了纯电动汽车牵引用永磁同步电机各种特殊要求与设计原则,在性能参数匹配设计与车辆布置空间约束等基础上,提出了以满足牵引电机最大转矩密度的定子裂比解析法,来确定纯电动客车用内置式永磁同步电机定子结构尺寸范围;在此基础上对驱动电机转子磁路结构进行了设计,根据所提出的增大交轴电感参数驱动电机转子结构设计方法,采用有限元方法对驱动电机进行了结构优化设计及性能分析,最终确定了样机结构设计结果与主要参数。通过样机实验验证了所提出驱动电机本体结构设计方法及性能分析方法的准确性。4.本文研究的纯电动客车牵引用大功率内置式永磁同步电机,其转子结构不带笼型阻尼导条,电机本身无自起动能力,导致该结构电机的有限元带载起动计算非常困难,增加了对该结构电机性能预判与不同负载工况下控制参数准确计算的难度。针对以上问题,本文提出了一种确定带负载运行时转子初始位置的方法,该方法通过确定电机功角特性曲线,计算出电机起动时的转子初始位置,实现了样机带载起动的有限元计算,为样机性能预判与直交轴电感参数的准确计算提供了必要前提。5.针对大功率内置式永磁同步电机不同工作点直交轴电感参数的准确计算与实验测试非常困难的问题,本文在系统分析与推导内置式永磁同步电机自感与互感系数的数学模型基础上,对忽略交叉饱和影响的静态有限元法与考虑交叉饱和影响的冻结磁导率法的内在机理进行深入研究,提出采用一种冻结磁导率法来修正样机不同负载运行工况下直交轴电感参数的变化,以满足实际纯电动客车驱动用大功率内置式永磁同步电机控制参数变化的需要。在精确计算样机负载饱和磁场基础上,分别采用两种不同有限元法计算了样机不同负载工作点的直交轴电感参数,并采用静态交流实验法对样机直交轴电感参数进行了实验测量,通过实验测试值与两种有限元计算值的对比分析发现,样机静态实测值与忽略交叉饱和影响的静态有限元计算值吻合较好,而冻结磁导率法的计算结果更接近于样机不同负载点直交轴电感参数值,从而为纯电动汽车IPMSM控制系统实验测试与仿真提供了一种较为准确的直交轴电感参数计算方法。6.本文在基于DSP的样机驱动控制系统方案设计基础上,搭建了样机及其控制系统实验平台,对样机的基本参数、直交轴电感参数、空载及负载工作特性、弱磁性能等核心内容进行实验验证,样机实测值与相关研究方法计算值吻合较好,表明所研制样机性能满足设计指标要求,也验证了本文所提出驱动用IPMSM设计方法与参数计算方法的准确性。
双纪文[6]2008年在《混合动力汽车的无位置传感器无刷直流电机控制系统研究》文中指出混合动力汽车作为解决汽车节能、降低排放的汽车工业新技术,具有低污染和低油耗的特点,成为国际、国内汽车发展的新热点。电机、驱动器和控制器作为混合动力汽车中的主要部件,在电动汽车及混合动力电动汽车中起着至关重要的作用,对它们进行研究具有重要的理论意义和现实意义。永磁无刷直流电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能,正逐渐成为电动汽车传动中所使用的首选电机。本论文围绕混合动力汽车用永磁无刷直流电机控制系统的一些问题展开了研究,研究内容分为以下几个部分:首先,分析几种常用的电机系统并结合作为混合动力汽车驱动电机的要求,指出以无刷直流电机作为混合动力汽车驱动电机的优势。其次,分析了无刷直流电机系统的基本结构和工作原理,建立其仿真模型,并在Matlab/Simulink下进行系统仿真及控制算法的验证。第叁,对转子位置检测方法进行研究,确定如何在没有位置传感器的情况下准确地检测到转子位置并给出正确的换相信号。最后,深入研究无刷直流电动机反电势过零检测实现方法。设计一套混合动力汽车用永磁无刷直流电机驱动系统,搭建了无位置传感器控制系统硬件实验平台。
廖金国[7]2015年在《混合励磁磁通切换电机优化调磁策略研究》文中进行了进一步梳理目前,城市范围内的大气污染以及全球范围内的二氧化碳排放等问题已经引起人们的广泛关注。在缓解环境污染和能源危机这两个问题上,新能源汽车可以发挥巨大的作用。为了满足新能源汽车需求,要求电机驱动系统具有系统效率高、转矩响应快和宽调速范围等特点。混合励磁磁通切换(hybrid-exicted flux-switching,以下简称HEFS)电机作为一种新型的定子励磁型无刷电机,具有转矩输出能力强、转矩密度大和调磁方便等特点,是一种低速大转矩的宽调速电机,非常适合运用于电动汽车领域,通过电励磁可以实现低速区增磁,高速区弱磁。本文主要研究一种基于损耗最小的优化调磁策略,即通过合理分配电枢电流和励磁电流,使电机在每一个运行点的损耗保持最低,从而提高电机效率。仿真与实验结果验证了该优化调磁控制策略的正确性。本文的主要研究内容如下：(1)阐述了该课题的研究内容和研究意义,分析了HEFS电机的工作原理、结构特点和数学模型,阐明了SVPWM控制和励磁电流闭环控制的原理。(2)通过对HEFS电机数学模型和控制原理的分析,在MATLAB/Simulink平台下搭建了HEFS电机控制系统仿真模型,并分别完成了稳态与动态两部分性能仿真。(3)完成了HEFS电机控制系统的硬件设计。详细分析了HEFS电机控制系统中所需的硬件电路,主要包括DSP最小系统板、电压电流采样电路、转子位置处理电路、过电流和温度保护电路、电源电路以及驱动电路。(4)完成了HEFS电机控制系统的软件设计。电机控制采用的主控芯片为TMS320F28335,在此基础上提出了SVPWM控制算法以及励磁电流闭环控制算法,并构建了软件程序流程,完成了软件程序的编写、调试及与硬件系统的联调。(5)搭建了HEFS电机实验平台,对HEFS电机控制系统进行了实验验证。首先完成了电机静态特性的测量,然后完成了样机在稳态下的性能测试实验。在仿真所建立的效率最优控制下最优电流组合基础之上,进行了一系列实验验证和结果分析。
曹明柱[8]2006年在《混合动力电动车驱动电机控制系统研究》文中认为随着能源枯竭和环境污染问题的日益突出，人们把目光转向了纯电动车和混合动力电动车。由于纯电动车电池技术尚有待进一步提高，导致纯电动车距离市场化的目标仍然有一段距离，为此，开发混合动力电动车意义重大。混合动力电动车中，一般同时采用驱动电机和发动机作为动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调匹配工作，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染及高度自动化。因而，对混合动力电动车及其部件的控制是其关键技术之一。现代电子控制单元开发流程——V模式采用计算机辅助工具进行，可以支持从需求定义直到最终产品的全过程。采用V模式开发电子控制单元可以缩短开发周期、节约开发成本，而dSPACE仿真平台是支持这一流程的重要工具。本文针对混合动力电动车的关键技术之一——驱动电机的控制，利用dSPACE仿真平台、参照V模式进行了较为全面的研究。论文的主要内容包括：基于图形化建模工具matlab／Simulink建立了某串联式混合动力电动车的系统仿真模型，并对其性能进行仿真；阐述了混合动力电动车驱动电机——无刷直流电机控制单元的建模过程，按照设计的控制算法建立电机控制单元的matlab／simulink仿真模型，利用dSPACE仿真平台建立电机快速控制原型系统并进行实验；在分析无刷直流电机控制系统结构和工作原理的基础上，实现了电机控制器软、硬件的设计；建立了无刷直流电机模型，利用dSPACE仿真平台进行了无刷直流电机系统数字仿真和电机控制系统硬件在环仿真；构建了混合动力电动车试验平台，进行了实车试验。通过实验结合理论分析，可以得到如下的结论：1．串联式混合动力电动车以混合动力方式运行时可以提高蓄电池的使用效率、延长蓄电池的使用寿命，其一次充电续驶里程明显增加。2．建立的电机快速控制原型系统可以快速的验证电机控制算法的有效性，实验结果表明，本文设计的电机控制算法可以实现对电机的控制，为电机控制系统的实现奠定了基础。3．采用模块化设计思想，开发了电机控制系统的软、硬件，并对其进行硬件在环仿真实验，实验结果证明控制效果良好。4．构建了混合动力电动车试验平台，进行了实车试验，试验结果表明，所设计的电机控制系统能够实现对电机的有效控制。
汪洋[9]2012年在《电动汽车用混合励磁电机数字驱动系统的研究》文中研究指明具有高效率、高功率密度和较好调速特性的电机及其驱动控制系统是电动汽车研发的重点技术,特别是在蓄电池储能技术还没取得突破性进展的情况下,高效可靠的电机驱动系统更是提高电动汽车续航里程并使之实用化的关键。混合励磁电机不但继承了许多永磁无刷电机的优点,而且还克服了永磁电机气隙磁场难以调节的困难,能够满足低速大转矩和扩大调速范围的要求,在未来电动汽车驱动系统中有很大的应用潜力。本文首先介绍了电动汽车驱动系统和混合励磁电机的国内外研究现状,阐述了课题的研究意义和研究目的。其次,详细描述了课题中混合励磁电机的结构特点和运行原理,并在此基础上建立了电机的数学模型。接着针对电动汽车运行的需求提出了混合励磁电机的控制策略,并对电机工作过程中产生的转矩脉动进行了分析。再次,设计了以美国TI公司研发的高性能数字芯片TMS320F2812DSP为核心的电机驱动控制系统,介绍了叁相电枢主电路和励磁电路拓扑的选择以及其他部分硬件电路的设计原理。最后,在系统硬件电路基础上运用模块化编程思想完成系统软件的设计。为了验证理论分析的合理性,将本文设计的驱动系统对一台6KW的叁相8极混合励磁电机进行调试。实验中采用电机对拖方案,着重对系统的增磁和弱磁控制进行了测试,采集了相关实验数据和波形并进行了对比分析。实验结果验证了系统的可行性与优越性。
姚震[10]2007年在《基于DSP的电动汽车电机控制器的应用研究》文中研究指明电机、驱动器和控制器作为电动汽车中的主要部件，在电动汽车及混合动力电动汽车中起着至关重要的作用，对它们进行研究具有重要的理论意义和现实意义。永磁电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能，正逐渐成为电动汽车传动中所使用的首选电机。本文以混合动力电动汽车中使用的混合励磁电机及其控制策略为研究对象，主要研究该电机驱动及能量回馈的控制技术，设计高性能的电动汽车电机控制器。论文概述了电动汽车电机控制器的关键技术，对各种电机驱动的控制方法及各自优缺点做研究比较，指出电动汽车驱动电机的发展趋势。在分析混合励磁电机内部结构的基础上，建立了混合励磁无刷电机的数学模型，详细分析了混合励磁无刷电机的调磁原理，根据电动汽车的运行要求，设定了电机的工作模式及控制策略。同时，研究了电动汽车的能量回馈控制方式和策略，重点分析了电机制动时能量回馈问题。此外，还设计了电动汽车CAN总线的应用层协议。最后，提出了基于TMS320LF2407DSP芯片的电机驱动控制系统的软硬件设计方案，搭建了电机控制实验平台，做了驱动控制实验、能量回馈实验和CAN总线通信实验，并对实验结果进行了分析比较。本论文是借鉴前人在这一领域的研究成果，结合本人对运动控制系统的研究心得体会综合而成。实验结果表明了控制的有效性，其分析和控制思想对于进一步研究混合励磁无刷电机具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]. 基于DSP的电动汽车混合励磁无刷直流电机控制系统设计[D]. 陈亮. 重庆大学. 2011
[2]. 混合励磁无刷直流电机在电动汽车中应用的研究[D]. 贺莹. 辽宁工程技术大学. 2006
[3]. 混合励磁无刷直流电机控制系统研究[D]. 蔡凭. 华中科技大学. 2004
[4]. 基于T型叁电平变换器馈电的混合励磁双凸极电机驱动研究[D]. 曹佳伟. 东南大学. 2018
[5]. 电动客车永磁同步电机设计与参数研究[D]. 符荣. 西北工业大学. 2015
[6]. 混合动力汽车的无位置传感器无刷直流电机控制系统研究[D]. 双纪文. 西南交通大学. 2008
[7]. 混合励磁磁通切换电机优化调磁策略研究[D]. 廖金国. 东南大学. 2015
[8]. 混合动力电动车驱动电机控制系统研究[D]. 曹明柱. 安徽农业大学. 2006
[9]. 电动汽车用混合励磁电机数字驱动系统的研究[D]. 汪洋. 广东工业大学. 2012
[10]. 基于DSP的电动汽车电机控制器的应用研究[D]. 姚震. 广东工业大学. 2007
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