本文關(guān)鍵詞：基于霍爾位置傳感器的車用輔助電機(jī)BLDCM控制系統(tǒng)的研究

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【摘要】：傳統(tǒng)燃油汽車所帶來的能源和環(huán)境問題日益嚴(yán)重,發(fā)展新能源電動(dòng)汽車是解決當(dāng)前能源短缺和環(huán)境污染問題的一個(gè)有效途徑。電動(dòng)汽車除了主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外,還存在很多輔助系統(tǒng),其中空調(diào)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車第二大耗能系統(tǒng),而空調(diào)系統(tǒng)的核心問題就是壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。對壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行合理的選取和優(yōu)化控制,能夠提高整車的控制性能,滿足乘客乘坐舒適度的需求。永磁無刷直流電機(jī)(BLDCM)具有結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠,功率密度高,調(diào)速性能好等優(yōu)勢,在變速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。BLDCM一般采用方波電流控制,但在方波電流驅(qū)動(dòng)下由于電機(jī)繞組電流不能突變,因此在電流換相時(shí)存在很大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。本文選取永磁無刷直流電機(jī)作為壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī),用低成本的霍爾位置傳感器來獲取轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息。采用正弦波電流直接驅(qū)動(dòng)控制策略,有效的降低了換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。本文首先詳細(xì)分析了BLDCM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理,在此基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了BLDCM數(shù)學(xué)模型,分析了BLDCM調(diào)速原理,并根據(jù)以上分析結(jié)果在Matlab /Simulink中搭建了BLDCM仿真模型。然后,本文深入研究了BLDCM在方波電流驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)產(chǎn)生的原因,非換相電流波動(dòng)是引起換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的主要原因,并得出了不同轉(zhuǎn)速下?lián)Q相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的變化規(guī)律。依據(jù)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)公式,研究了非理想反電動(dòng)勢對方波電流驅(qū)動(dòng)換相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響,反電動(dòng)勢寬度越小引起的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)越大。其次,由于實(shí)際電機(jī)的制造工藝和其他因素,電機(jī)反電動(dòng)勢寬度為非理想狀態(tài),反電動(dòng)勢寬度越小,越接近于正弦波。本文提出采用正弦波電流直接驅(qū)動(dòng)BLDCM的控制策略,它以定子磁鏈為控制目標(biāo),算法簡單較易實(shí)現(xiàn),有效抑制了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。獲取的霍爾位置信號為離散狀態(tài),為得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速信息,以滿足BLDCM正弦波驅(qū)動(dòng)控制要求,本文提出了采用改進(jìn)型的混階轉(zhuǎn)子位置估算算法。同時(shí)為保證電機(jī)可靠運(yùn)行,對霍爾位置信號進(jìn)行了容錯(cuò)處理。最后,以TMS320F28035為控制核心,對BLDCM控制器進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì),搭建了硬件電路平臺(tái),對控制策略進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文提出的BLDCM正弦波電流驅(qū)動(dòng)方案,采用改進(jìn)型混階轉(zhuǎn)子位置估算算法,能夠滿足空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)的快速啟動(dòng)、低噪音等要求,提高了整車控制性能。
【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)汽車 BLDCM 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng) 正弦波驅(qū)動(dòng) 霍爾位置估算
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72;TM33
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-18
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 電動(dòng)汽車空調(diào)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 BLDCM正弦波控制研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容和章節(jié)安排16-18
• 2 BLDCM原理和數(shù)學(xué)模型18-26
• 2.1 BLDCM的基本結(jié)構(gòu)18-20
• 2.1.1 電機(jī)本體18-19
• 2.1.2 功率驅(qū)動(dòng)電路19-20
• 2.1.3 轉(zhuǎn)子位置傳感器20
• 2.2 BLDCM的工作原理20-22
• 2.3 BLDCM的數(shù)學(xué)模型22-24
• 2.4 BLDCM的調(diào)速原理24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 3 BLDCM不同驅(qū)動(dòng)模式對比26-40
• 3.1 方波電流驅(qū)動(dòng)模式26-30
• 3.1.1 理想反電動(dòng)勢下?lián)Q相轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析26-29
• 3.1.2 非理想反電動(dòng)勢下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析29-30
• 3.2 正弦波電流驅(qū)動(dòng)模式30-33
• 3.2.1 正弦波電流驅(qū)動(dòng)數(shù)學(xué)模型30-32
• 3.2.2 矢量控制32
• 3.2.3 正弦波控制下轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)分析32-33
• 3.3 不同驅(qū)動(dòng)模式下仿真對比33-37
• 3.3.1 方波驅(qū)動(dòng)控制仿真33-35
• 3.3.2 正弦波驅(qū)動(dòng)控制仿真35-36
• 3.3.3 理想反電動(dòng)勢下仿真波形對比36
• 3.3.4 非理想反電動(dòng)勢下仿真波形對比36-37
• 3.4 電動(dòng)汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)37-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 4 正弦波電流驅(qū)動(dòng)控制方案40-54
• 4.1 BLDCM正弦波驅(qū)動(dòng)方案40-45
• 4.1.1 正弦波控制方式41
• 4.1.2 空間電壓矢量逆變原理41-44
• 4.1.3 增量式PI調(diào)節(jié)44-45
• 4.2 霍爾信號轉(zhuǎn)子位置估算45-49
• 4.2.1 采用零階算法進(jìn)行估算45-46
• 4.2.2 采用一階算法進(jìn)行估算46-47
• 4.2.3 采用改進(jìn)型混階算法進(jìn)行估算47-49
• 4.3 霍爾位置信號故障容錯(cuò)49-51
• 4.3.1 轉(zhuǎn)子位置傳感器故障診斷49-50
• 4.3.2 轉(zhuǎn)子位置傳感器容錯(cuò)策略50-51
• 4.4 正弦波電流驅(qū)動(dòng)策略系統(tǒng)仿真51-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 5 BLDCM控制器的實(shí)現(xiàn)54-72
• 5.1 控制器硬件電路設(shè)計(jì)54-63
• 5.1.1 DSP及外圍電路55-56
• 5.1.2 AD采樣電路56-57
• 5.1.3 PWM驅(qū)動(dòng)控制電路57-59
• 5.1.4 霍爾位置信號檢測電路59
• 5.1.5 CAN通信電路59-60
• 5.1.6 電源電路60-61
• 5.1.7 相逆變器電路61
• 5.1.8 控制器的PCB設(shè)計(jì)61-63
• 5.2 控制器軟件設(shè)計(jì)63-67
• 5.2.1 主程序設(shè)計(jì)63-64
• 5.2.2 中斷服務(wù)子程序設(shè)計(jì)64-65
• 5.2.3 霍爾信號估算子程序設(shè)計(jì)65-67
• 5.2.4 故障服務(wù)子程序設(shè)計(jì)67
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析67-70
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)67-69
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)波形69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 6 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果78-82
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集82

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