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纯电动汽车用交流异步电动机控制器的研究

作　者: 胡海林
导　师: 万晓凤
学　校: 南昌大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 矢量控制(VC) 电压空间矢量脉宽调制法(SVPWM) 纯电动汽车用交流异步电动机 TMS320LF2407A
分类号: TM343
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

20世纪70年代的石油危机和日益严重的环境污染使得汽车技术正经历着动力电气化、燃料多元化等重大技术变革。具有高效节能、低排放或零排放优势的电动汽车受到世界各国的广泛重视,是国际节能环保汽车发展的主要方向。电动汽车的关键技术在于车用特种电机的研制及控制、电池技术、整车技术。本课题基于矢量控制基本原理,采用TI公司DSP控制芯片TMS320LF2407A开发一套基于转子磁链定向的矢量控制变频调速系统。矢量控制作为一种先进的控制策略,是在电机统一理论、机电能量转换和坐标变换理论的基础上发展起来的,具有先进性、新颖性和实用性的特点。矢量控制基本思想:将交流异步电动机经过坐标变换后等效成直流电动机,而后就像控制直流电动机一样控制交流异步电动机。具体方法就是将交流异步电机的磁链与转矩进行解耦,然后分别设计两者的调节器,然后在进行相应的坐标反变换,以实现对交流电动机的高性能调速。本课题主要工作包括:在分析交流异步电动机数学模型,矢量变换基本原理及电压空间矢量脉宽调制法(SVPWM)基本原理基础上,完成矢量控制系统的硬件电路设计,完成基于Simulink的系统矢量控制算法仿真,完成矢量控制算法的具体软件实现及初步的整机测试。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-11
  1.1 课题来源、背景和意义  8
  1.2 交流异步电动机控制策略比较  8-10
  1.3 课题研究内容和安排  10-11
第2章交流异步电动机的矢量控制算法描述  11-28
  2.1 矢量控制的基本思路  11-12
  2.2 交流异步电动机的多变量非线性数学模型  12-16
    2.2.1 电压方程  12-13
    2.2.2 磁链方程  13-15
    2.2.3 转矩方程  15-16
  2.3 坐标变换和变换矩阵  16-20
    2.3.1 坐标变换的基本思路  16-17
    2.3.2 3/2变换(三相静止坐标—两相静止坐标的变换)  17-19
    2.3.3 2s/2r变换(两相静止坐标—两相旋转坐标的变换)  19-20
  2.4 交流异步电动机在两相坐标系上的数学模型  20-22
    2.4.1 两相任意转速旋转坐标系(mt坐标系)上的数学模型  20-21
    2.4.2 两相静止坐标系(αβ坐标系)上的数学模型  21-22
    2.4.3 两相同步旋转坐标系上的数学模型  22
  2.5 SVPWM原理  22-28
    2.5.1 空间矢量的定义  22-23
    2.5.2 电压与磁链空间矢量的关系  23-24
    2.5.3 六拍阶梯波逆变器与正六边形空间旋转磁场  24-25
    2.5.4 电压空间矢量的线性组合与SVPWM控制  25-28
第3章矢量控制系统硬件电路设计与实现  28-39
  3.1 系统总体结构  28-29
  3.2 TMA320LF2407A最小系统  29-30
  3.3 主电路设计  30-31
  3.4 检测电路设计  31-34
    3.4.1 定子电流检测电路  31-32
    3.4.2 母线电压检测电路  32
    3.4.3 转速检测电路  32-33
    3.4.4 过电流信号产生电路  33-34
  3.5 驱动电路设计  34
  3.6 PWM输出硬件互锁电路设计  34-35
  3.7 开关电源设计  35-36
  3.8 外围电路设计  36-37
  3.9 实际硬件电路板  37-39
第4章矢量控制系统软件设计与实现  39-47
  4.1 系统软件总体结构  39
  4.2 主程序设计  39-40
  4.3 中断服务程序设计  40-47
    4.3.1 定子电流、母线电压采样模块的DSP实现  41
    4.3.2 速度采样模块的DSP实现  41
    4.3.3 转子磁链位置计算模块的DSP实现  41-43
    4.3.4 速度及电流PI调节的DSP实现  43-44
    4.3.5 坐标变换的DSP实现  44-45
    4.3.6 SVPWM的DSP实现  45-47
第5章仿真及实验结果  47-58
  5.1 基于Simulink的各个模块的搭建  47-52
    5.1.1 坐标变换模块  47-48
    5.1.2 转子磁链位置模块  48
    5.1.3 PI模块  48-49
    5.1.4 SVPWM波形发生模块  49-52
  5.2 仿真结果  52-55
  5.3 系统调试与实验分析  55-58
    5.3.1 实验对象  55
    5.3.2 实验线路  55-56
    5.3.3 实验结果  56-58
第6章全文总结与展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-62
附录 A 采样子程序代码  62-63
附录 B 速度采样子程序代码  63-64
附录 C 磁链位子计算子程序代码  64-65
附录 D 速度及电流PI调节子程序代码  65-66
附录 E 坐标变换子程序代码  66-67
附录 F SVPWM调制子程序代码  67-71
攻读学位期间的研究成果  71

纯电动汽车用交流异步电动机控制器的研究

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