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基于DSPF2407a的混合动力汽车电机驱动系统的分析与设计

作　者: 刘颖
导　师: 齐剑玲
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 混合动力汽车永磁同步电机(PMSM) 驱动系统数字信号处理器(DSP)
分类号: U463.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

混合动力汽车(HEV)是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的新车型,具有燃油汽车的动力性能且尾气排放量较低,是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。驱动电机作为混合动力汽车中的主要部件,在混合动力汽车中起着至关重要的作用。课题来源于国家“十五”863《电动汽车》重大专项中,长安汽车公司承担的混合动力轿车项目。核心内容为混合动力轿车驱动系统中的电机控制系统的研发。论文首先分析了混合动力汽车驱动系统的结构,比较了各种电机的特点,根据项目需求,选用中科易能公司型号为TYC1-157-267-26-C的永磁同步电机作为系统的驱动电机。建立了永磁同步电机的数学模型,并针对混合动力汽车工况要求,将矢量控制技术、SVPWM技术以及闭环控制技术应用于永磁同步电机,实现混合动力汽车电机驱动控制系统的数字控制。依据控制方案,设计开发了基于DSP的混合动力汽车电机驱动系统。选用TI公司电机控制专用芯片DSPF2407a作为控制器,三菱IPM模块作为功率模块,并设计电压电流检测电路、转速\位置检测电路、DSP接口电路及保护电路。在CCS环境下,以C语言内嵌汇编语言的方式编写了主程序、PMSM驱动子程序、故障中断程序及CAN通信程序。在测试台架上进行了电机响应性能测试、电机系统外特性(MAP)测试、电机控制精度测试及系统保护功能测试。测试结果表明系统具有较高的可靠性及较好的运行特性:基速以下输出大转矩,能适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况;基速以上恒功率运行,能适应最高车速、超车等要求,且体积小、重量轻、性价比高,完全满足汽车厂商混合动力汽车的要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-24
  1.1 课题背景及意义  10-12
  1.2 国内外混合动力汽车发展动态及趋势  12-14
    1.2.1 国外发展动态及趋势  12-13
    1.2.2 国内发展动态及趋势  13-14
  1.3 混合动力汽车驱动系统的发展概况  14-22
    1.3.1 混合动力汽车驱动系统结构及其特点  14-20
    1.3.2 混合动力汽车驱动系统中各电机的特点比较  20-22
  1.4 论文研究内容  22-24
第二章系统电机选型及控制方案  24-51
  2.1 永磁同步电机的结构及特点  24-27
    2.1.1 表面式转子结构  24-25
    2.1.2 内置式转子结构  25-26
    2.1.3 永磁同步电机的特点  26-27
  2.2 系统电机选型  27
  2.3 汽车工况分析  27-28
  2.4 永磁同步电机的数学模型  28-36
    2.4.1 永磁同步电机静止三相坐标系(ABC)模型  29-31
    2.4.2 静止三相坐标系(ABC)到静止两相坐标系(α-β)变换  31-33
    2.4.3 两相静止坐标系(α-β)到两相旋转坐标系(d-q)变换  33-36
  2.5 电机调速控制  36-43
    2.5.1 控制策略选定  37-38
    2.5.2 最大转矩/电流控制的实现  38-39
    2.5.3 弱磁控制  39-43
  2.6 PID 控制  43-45
    2.6.1 PID 算法原理  43-45
    2.6.2 系统 PID 参数整定  45
  2.7 脉宽调制技术  45-50
    2.7.1 空间矢量脉宽原理  46-49
    2.7.2 SVPWM 开关模式  49-50
  2.8 小结  50-51
第三章系统硬件设计  51-74
  3.1 系统总体结构  51-52
  3.2 主回路设计  52-55
    3.2.1 充电控制逻辑单元  52-54
    3.2.2 功率驱动单元  54-55
  3.3 DSP 控制器  55-61
    3.3.1 DSP 的特点及资源  56
    3.3.2 系统设计中所用的DSP 硬件资源  56-58
    3.3.3 DSP 接口电路  58-61
  3.4 电源板设计  61-63
  3.5 检测电路  63-70
    3.5.1 电压检测  63
    3.5.2 电流检测  63-65
    3.5.3 转速位置检测电路  65-70
  3.6 保护电路  70-73
    3.6.1 过压保护  70
    3.6.2 过流保护  70-71
    3.6.3 过温保护  71-72
    3.6.4 故障综合及封锁电路  72-73
  3.7 小结  73-74
第四章混合动力车驱动系统软件设计  74-80
  4.1 主程序设计  74-76
    4.1.1 初始化程序  75-76
    4.1.2 CAN 通信程序  76
  4.2 中断服务程序设计  76-79
    4.2.1 PMSM 控制程序  76-78
    4.2.2 故障处理子程序  78-79
  4.3 小结  79-80
第五章系统测试  80-88
  5.1 功率电路测试  80-82
  5.2 系统响应性能测试  82
  5.3 电机外特性（MAP）测试  82-84
  5.4 电机控制精度测试  84-86
  5.5 保护功能测试  86-87
  5.6 小结  87-88
第六章结论与展望  88-90
致谢  90-91
参考文献  91-93
个人简历  93

基于DSPF2407a的混合动力汽车电机驱动系统的分析与设计

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