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電動(dòng)汽車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(已修改)

2024-09-13 08:21 本頁(yè)面
 

【正文】 1 摘要 在當(dāng)前全球汽車(chē)工業(yè)面臨金融危機(jī)和能源環(huán)境問(wèn)題的巨大挑戰(zhàn)的情況下,發(fā)展電動(dòng)汽車(chē),利用無(wú)污染的綠色能源,實(shí)現(xiàn)汽車(chē)能源動(dòng)力系統(tǒng)的電氣化,推動(dòng)傳統(tǒng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型,在國(guó)際上已經(jīng)形成了廣泛共識(shí)。 本課題以電動(dòng)汽車(chē)他勵(lì)電機(jī)控制器為例,以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的加、減速,起、制動(dòng)等基本功能以及一些特殊情況下的處理。以開(kāi)發(fā)出高可靠性、高性能指標(biāo)、低成本并且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)為目的。主要包括硬件電路板的設(shè)計(jì),以及 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件部分的仿真調(diào)試。 在 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中, 這里 主控制芯片采用 ATMEL公司的 ATmega64芯片。功率模塊采用多 MOSFET并聯(lián)的方式,有效的節(jié)約了成本。電源模塊采用基于 UC3842的開(kāi)關(guān)電源電路。選用 IR公司的 IR2110作為驅(qū)動(dòng)芯片,高端輸出驅(qū)動(dòng)電流可到 1. 9A,低端輸出驅(qū)動(dòng)電流可到 ,能夠提供 7個(gè)MOSFET并聯(lián)時(shí)驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)于電流檢測(cè)模塊,本文沒(méi)有采用電流傳感器或者是康銅絲 ,而是采用了一種基于 MOSFET管壓降的電流檢測(cè)電路,這種方式即節(jié)約了成本也保證了檢測(cè)精度。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中,主要實(shí)現(xiàn)的功能為:開(kāi)關(guān)量的檢測(cè)處理,故障檢測(cè),串口通訊,勵(lì)磁、電樞控制,報(bào)警功能等。針 對(duì)他勵(lì)電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)的控制特性,提出了節(jié)能控制算法和最大轉(zhuǎn)矩控制算法,用于提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程和加速性能。 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠很好的運(yùn)行在電動(dòng)汽車(chē)上,性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單,并且節(jié)約了成本,使電動(dòng)汽車(chē)的性?xún)r(jià)比大大提高,有利于電動(dòng)汽車(chē)的普及。 關(guān)鍵詞:電動(dòng)汽車(chē), ATmega64, 他勵(lì)直流電機(jī) , PID模糊 控制 2 目錄 摘要 ……………………………………………………………………… …… 1 第一章 緒論 …………………………… … ………… 3 國(guó)外電動(dòng)汽 車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀 …………………… …………………………… 3 本課題的任務(wù)和主要工作 …………… ………………………………… 4 第二章 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的控制理論基礎(chǔ) 2. 1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng) ……… ………………………………… 5 2. 1. 1直流電動(dòng)機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 ………… ……………………… 5 2. 1. 2 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ……………… ……………………… 6 第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 3. 1系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計(jì)方案 ……………… ……………………………… 10 3. 2主控制器 MCU的介紹 ……………… ……………………… ……………… 10 3. 2. 1 MCU的選擇 ……………………… …………………………………… 10 3. 2. 2 ATmega64的特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu) …………………… …………………… 11 3. 3開(kāi)關(guān)電源模塊 ……………… …………………………………………… 12 3. 4電流檢測(cè)模塊 ………………… ………………………………………… 13 3. 5驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) ……………… ………………………………………… 16 3. 6電壓檢測(cè)電路 ……………… …………………………………………… 17 3. 7溫度檢測(cè)電路 …………………… …………………………… ………… 18 3. 8加減速踏板信號(hào)檢測(cè)電路 ……………………… ……………………… 19 3. 9 開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào) ……………… ………………………………………… 20 3. 10蜂鳴器報(bào)警電路 ………………… ……………………………………… 20 3. 11通訊模塊電路設(shè)計(jì) ………………… …………………………………… 21 3. 12硬件抗干擾的設(shè)計(jì) ……………… …………………………………… 22 3. 13本章小結(jié) ……………… ………………………………………………… 23 第四章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)的控制策略研究 …………… ………… ……………………… 24 4. 1. 1再生制動(dòng)控制策略 …………… ……………………………………… 24 4. 1. 2驅(qū)動(dòng)控制策略 …………… …………………………………………… 24 4. 2 主要任務(wù)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì) …………… ………………………………… 26 4. 2. 1主程序 ………… ……………………………………………………… 26 4. 勵(lì)磁、電樞 PWM控制模塊 ………… …………………………………… 27 4. 2. 3 電動(dòng)機(jī)速度測(cè)量 ………… ……… … …… … …… … …… … …… … 28 4. 3 本章小結(jié) …… ……………………………………… …………………… 29 第五章 總結(jié) ……… ………………………………………………………… 30 參考文獻(xiàn) ……… ……………………………………………………………… 31 3 第一章 緒論 純電動(dòng)汽車(chē)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r 與世界其他國(guó)家一樣,電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)工作在我國(guó)也正在如火如荼的進(jìn)行著:“十五”期間,國(guó)家從維護(hù)我國(guó)能源安全、改善大氣環(huán)境、提高汽車(chē)工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略高度考慮,設(shè)立“電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)’’,通過(guò)組織企業(yè)、高等院校和科研機(jī)構(gòu),集中國(guó)家、地方、企業(yè)、高校、科研院所等方面的力量進(jìn)行聯(lián)合 攻關(guān)。為此,從2020年 10月起,國(guó)家共計(jì)撥款 8. 8億元作為這一重大科技專(zhuān)項(xiàng)的經(jīng)費(fèi) 【 1】 。 我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)實(shí)施 4年來(lái),經(jīng)過(guò) 200多家企業(yè)、高校和科研院所的 2 000多名技術(shù)骨干的努力,目前已取得重要進(jìn)展:燃料電池汽車(chē)已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出性能樣車(chē),燃料電池轎車(chē)?yán)塾?jì)運(yùn)行 4000km,燃料電池客車(chē)?yán)塾?jì)運(yùn)行 8000km:混合動(dòng)力客車(chē)已在武漢等地公交線(xiàn)路上試驗(yàn)運(yùn)行超過(guò)140000km:純電動(dòng)轎車(chē)和純電動(dòng)客車(chē)均已通過(guò)國(guó)家有關(guān)認(rèn)證試驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)主要汽車(chē)制造商對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和研制也投入了相當(dāng)?shù)娜肆臀锪?,并取得了一?的成果。北京奧運(yùn)會(huì)期間,奇瑞、長(zhǎng)安、東風(fēng)、一汽、京華及福田等汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等單位,向社會(huì)提供了自主研發(fā)的 55輛純電動(dòng)鋰電池汽車(chē)、 25輛混合動(dòng)力客車(chē)、 75輛混合動(dòng)力轎車(chē)、 20輛燃料電池轎車(chē),以及 400輛純電動(dòng)場(chǎng)地車(chē)等各種新能源汽車(chē)為奧運(yùn)會(huì)服務(wù)。奧運(yùn)會(huì)后,科技部還將計(jì)劃連續(xù) 3年在國(guó)內(nèi) 10個(gè)以上有條件的大中城市開(kāi)展千輛級(jí)混合動(dòng)力汽車(chē)、純電動(dòng)汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)、以及提供基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模示范,到 2020年底節(jié)能與新能源汽車(chē)達(dá)到 1萬(wàn)輛。 最近,比亞迪公司新推出一款商業(yè)化的電動(dòng)汽車(chē)比亞迪 e6,為我 國(guó)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)。 國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀 近二十多年來(lái),西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把電動(dòng)汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)看是作解決環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題的一種有效手段。美國(guó)政府動(dòng)員全美所有科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē) (Electric vehicle,簡(jiǎn)稱(chēng) EV)的研究,在 1991年,美國(guó)通用汽車(chē)公司、福特汽車(chē)公司、克萊斯勒汽車(chē)公司共同協(xié)議,成立了“先進(jìn)電池聯(lián)合體” (USABC),共同研發(fā)新一代電動(dòng)汽車(chē)所需要的高性能電池。為實(shí)現(xiàn)新的節(jié)能車(chē)而能保持現(xiàn)有汽車(chē)的價(jià)格和性能,美國(guó)先后推出了 PNGV、Freedom CAR、 AVP計(jì)劃。法 國(guó)政府推出“ PREDIT m2020/ 2020計(jì)劃,并給購(gòu)買(mǎi) EV的用戶(hù)提供 5000法郎的補(bǔ)貼。 德國(guó)政府同 9個(gè)主要公司簽訂了一份理解備忘錄,為創(chuàng)建一個(gè)清潔能源城市 (柏林 )而結(jié)成同盟。英國(guó)、意大利等歐洲國(guó)家都在開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)工作。而日本政府更是特別重視電動(dòng)汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)。 1998年日本東京電力公司聯(lián)合日本電池公司,共同開(kāi)發(fā)了“ ZA一牌電動(dòng)汽車(chē),該電動(dòng)汽 4 車(chē)采用了高新技術(shù),使其具有當(dāng)時(shí) EV的世界最高水平。而豐田汽車(chē)公司在1996年就已成功地研制出燃料電池汽車(chē)的生產(chǎn)樣車(chē),并先于其他汽車(chē)廠家在 1997年開(kāi) 始批量生產(chǎn)混合動(dòng)力電池汽車(chē),成為環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域和世界電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)頭羊。以上各國(guó)政府在大力扶持大型汽車(chē)集團(tuán)的同時(shí),紛紛通過(guò)制定環(huán)保和節(jié)能法規(guī),采取投資、稅收優(yōu)惠、政府補(bǔ)貼促進(jìn)消費(fèi)的政策,旨在搶占電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)。代表著當(dāng)代 EV先進(jìn)水平的福特汽車(chē)公司的 Think、通用汽車(chē)公司的 Impact、豐田汽車(chē)公司的 E. corn、 Prius電動(dòng)汽車(chē)、本田公司的 Civic電動(dòng)汽車(chē)正是這種競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)物。 本課題的任務(wù)和主要工作 本文在廣泛查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)基于 ATmega64的他勵(lì)電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)控制系統(tǒng)。本文 的主要工作歸納為以下幾點(diǎn): 1. 介紹了他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的控制理論基礎(chǔ)與調(diào)速系統(tǒng)的仿真,為后章系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)做好了準(zhǔn)備。 2. 討論系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。詳細(xì)討論了開(kāi)關(guān)電源模塊電路、電流檢測(cè)電路、串口通信電路、驅(qū)動(dòng)電路、及抗干擾電路的設(shè)計(jì)。 3. 討論系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的程序整體框架、各任務(wù)模塊程序、中斷服務(wù)程序和抗干擾程序。 4. 進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。 5 第二章 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的控制理論基礎(chǔ) 2. 1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與制動(dòng) 為了滿(mǎn)足各種生產(chǎn)機(jī)械對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性的要求,在實(shí)際應(yīng)用中需通過(guò)設(shè)法改變電動(dòng)機(jī)的各種控制參數(shù)來(lái)達(dá)到所需的人為機(jī)械特性。由于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的可控參數(shù)多,易實(shí)現(xiàn)所需要的人為機(jī)械特性,所以在直流調(diào)速中較多地采用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),電動(dòng)汽車(chē)中一般也是選用他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)作為直流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。因此,需要給出直流電動(dòng)機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)數(shù)學(xué)公式,從而導(dǎo)出他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性數(shù)學(xué)方程式,即電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系式 n=f(t),然后才能說(shuō)明如何改變方程式中的相關(guān)參數(shù)來(lái)獲得所需人為 機(jī)械特性。 2. 1. 1直流電動(dòng)機(jī)電樞電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩 1)電樞電動(dòng)勢(shì)。電
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