本文關(guān)鍵詞：電動汽車無刷直流電機控制系統(tǒng)研究

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【摘要】：隨著能源危機和環(huán)境污染的加劇,新能源汽車逐漸走進人們的視野。新能源汽車種類很多,而電動汽車做為新能源汽車的一種,被廣泛使用與發(fā)展。由于無刷直流電機(BLDCM)具有調(diào)速范圍寬、價格低、結(jié)構(gòu)簡單、方波驅(qū)動易于實現(xiàn)等特點而廣泛應用于各種領域。然而,方波驅(qū)動BLDCM時,換相電流不能突變,會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)矩脈動,同時位置傳感器的存在會使電機結(jié)構(gòu)復雜化,并且如果傳感器精度達不到要求會導致系統(tǒng)運行可靠性降低,這些缺點從很大程度上限制了BLDCM在電動汽車領域的應用。本文主要針對BLDCM驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了設計與研究。首先,本文比較了BLDCM和永磁同步電機(PMSM)結(jié)構(gòu)上的差異,針對BLDCM在方波驅(qū)動方式下轉(zhuǎn)矩脈動大的問題,深入中析了轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的原因,并嘗試將適用于PMSM的正弦波驅(qū)動方法運用到BLDCM驅(qū)動控制系統(tǒng)中,本文采用了基于空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的矢量控制策略來實現(xiàn)BLDCM的正弦波驅(qū)動控制,構(gòu)建了BLDCM矢量控制系統(tǒng),通過與方波驅(qū)動控制方法進行仿真對比,驗證了矢量控制策略能夠有效削弱轉(zhuǎn)矩脈動,實現(xiàn)電機的低轉(zhuǎn)矩紋波、小噪音和高效率的運行效果。然后,為了提高BLDCM矢量控制的性能,本文將矢量控制系統(tǒng)中的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)速PID控制器用模糊PID控制器所單替,通過兩種控制器的仿真對比,得出了系統(tǒng)運用轉(zhuǎn)速模糊PID控制器之后抗干擾特性更強,電機相電流波形更加接近理想狀態(tài),并且轉(zhuǎn)矩脈動進一步削弱。最后,本文運用反電動勢滑模觀測器(SMO)來實現(xiàn)BLDCM的無位置傳感器控制,并提出了一種改進的控制函數(shù)對傳統(tǒng)SMO進行了改進。通過與傳統(tǒng)SMO進行仿真對比,驗證了改進的SMO能夠準確地估計BLDCM的反電動勢,有效地削弱抖振,無需額外增加低通濾波器,簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。另外,本文在硬件設計上采用TI公司的TMS320F28035做為系統(tǒng)的控制核心,同時設計了DSP最小系統(tǒng)、USB轉(zhuǎn)串口電路、CAN通信接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路、逆變電路、采樣電路、數(shù)字隔離電路、故障指示電路等外圍電路。在軟件設計上,使用CCS5.1實現(xiàn)了程序的編寫與調(diào)試,設計了主程序、中斷程序、滑模觀測器程序和SCI程序等,實現(xiàn)了BLDCM無位置傳感器矢量控制。
【關(guān)鍵詞】：無刷直流電機 矢量控制 模糊PID 無位置傳感器控制 滑模觀測器 TMS320F28035
【學位授予單位】：河南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-23
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的組成12-14
• 1.2.2 電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)布置形式的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3 電動汽車電機控制技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 無刷直流電機控制策略的發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.3.2 無刷直流電機智能控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀18-19
• 1.3.3 無刷直流電機無位置傳感器控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀19-20
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容20-21
• 1.5 本章小結(jié)21-23
• 2 無刷直流電機的組成結(jié)構(gòu)與數(shù)學模型23-29
• 2.1 無刷直流電機的組成結(jié)構(gòu)及工作原理23-24
• 2.2 無刷直流電機與永磁同步電機的結(jié)構(gòu)比較24-26
• 2.3 無刷直流電機的數(shù)學模型26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 3 無刷直流電機控制策略的研究29-47
• 3.1 無刷直流電機方波電流驅(qū)動控制29-30
• 3.2 無刷直流電機矢量控制30-36
• 3.2.1 矢量控制的坐標變換30-33
• 3.2.2 電壓空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)33-35
• 3.2.3 無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)設計35-36
• 3.3 無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)的建模與仿真36-46
• 3.3.1 無刷直流電機本體建模36-39
• 3.3.2 SVPWM建模39-43
• 3.3.3 無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)的建模43
• 3.3.4 仿真波形中析與對比43-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 4 無刷直流電機模糊PID控制器47-57
• 4.1 傳統(tǒng)PID控制器47-48
• 4.2 模糊PID控制器48-51
• 4.3 基于模糊PID控制器的無刷直流電機矢量控制的建模與仿真51-55
• 4.3.1 轉(zhuǎn)速模糊PID控制器的建模51-52
• 4.3.2 仿真波形中析與對比52-55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 5 無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)的無位置傳感器控制57-69
• 5.1 滑模變結(jié)構(gòu)原理57-58
• 5.2 改進的滑模觀測器58-62
• 5.2.1 改進的控制函數(shù)58-59
• 5.2.2 改進的滑模觀測器的設計方法59-60
• 5.2.3 滑模增益k值的選取60-61
• 5.2.4 無刷直流電機改進滑模觀測器矢量控制系統(tǒng)總體設計61-62
• 5.3 無刷直流電機滑模觀測器矢量控制系統(tǒng)的建模與仿真62-66
• 5.3.1 改進滑模觀測器的建模62-63
• 5.3.2 基于滑模觀測器的無刷直流電機矢量控制系統(tǒng)的建模63
• 5.3.3 仿真波形中析與對比63-66
• 5.4 本章小結(jié)66-69
• 6 電動汽車無刷直流電機控制系統(tǒng)總體設計69-83
• 6.1 控制系統(tǒng)的硬件設計69-77
• 6.1.1 DSP最小系統(tǒng)電路71
• 6.1.2 USB轉(zhuǎn)串口電路71-73
• 6.1.3 電源電路73
• 6.1.4 CAN通信接口電路73-74
• 6.1.5 D/A轉(zhuǎn)換電路74
• 6.1.6 驅(qū)動電路74-75
• 6.1.7 逆變電路及采樣電路75-76
• 6.1.8 數(shù)字隔離電路76
• 6.1.9 故障指示電路76-77
• 6.2 控制系統(tǒng)的軟件設計77-80
• 6.2.1 主程序設計77-78
• 6.2.2 中斷程序設計78-79
• 6.2.3 滑模觀測器程序設計79-80
• 6.2.4 SCI程序設計80
• 6.3 本章小結(jié)80-83
• 7 實驗調(diào)試與結(jié)果中析83-91
• 7.1 實驗平臺83-85
• 7.2 電流采樣電路實驗中析85
• 7.3 PWM實驗的調(diào)試與中析85-88
• 7.4 滑模觀測器實驗中析88-89
• 7.5 上位機實驗89
• 7.6 本章小結(jié)89-91
• 8 總結(jié)與展望91-93
• 參考文獻93-99
• 作者簡歷99-101
• 學位論文數(shù)據(jù)集101

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1 邱建琪,史涔n，

本文編號：907715