【正文】 國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TP273,國(guó)際圖書分類號(hào)：西 南 交 通 大 學(xué)研 究 生 學(xué) 位 論 文基于DSP的電動(dòng)車多輪驅(qū)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制年 級(jí) 二○○六級(jí) 姓 名 吳 學(xué) 斌 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 工 學(xué) 碩 士 專 業(yè) 控制理論與控制工程 指 導(dǎo) 教 師 周文祥 研究員 二○○九年六月Classified Index：TP273,： Southwest Jiaotong UniversityMaster Degree ThesisCOORDINATING CONTROL FOR MULTIPLE INWHEEL MOTORS OF THE ELECTRIC VEHICLE BASED ON DSPGrade： 2006Candidate： Wu XuebinAcademic Degree Applied for： Master DegreeSpeciality： Control Theory and Control EngineeringSupervisor： Zhou WenxiangJune 2009西南交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)西南交通大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)印手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于1．保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書；2．不保密□，使用本授權(quán)書。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“√”）學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)老師簽名：日期： 日期：西南交通大學(xué)學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究工作所得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。本學(xué)位論文的主要?jiǎng)?chuàng)新如下：針對(duì)電動(dòng)三輪車控制需求，給出了其雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制策略，利用軟件編程代替了傳統(tǒng)機(jī)械差速器功能，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活性高，易于實(shí)現(xiàn)。學(xué)位論文作者簽名：日期： 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 66 頁(yè)摘 要承載、轉(zhuǎn)向和牽引是地面運(yùn)行車輛的三大基本功能。目前純電動(dòng)汽車正在向多輪驅(qū)方向發(fā)展，這種系統(tǒng)至少含有兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過(guò)對(duì)多電機(jī)的協(xié)調(diào)控制，不僅可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的雙向牽引，而且為同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)提供了可能。為此，本文圍繞多輪驅(qū)電機(jī)的協(xié)調(diào)控制技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的理論與試驗(yàn)研究。首先，對(duì)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理與特性進(jìn)行分析；借鑒經(jīng)典汽車技術(shù)，系統(tǒng)的研究了輪驅(qū)式電動(dòng)車的控制功能及實(shí)現(xiàn)方法；給出一個(gè)由人工轉(zhuǎn)向輪+兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪組成的電動(dòng)三輪車概念模型，并提出了一種基于雙電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、電流指令靈活分配的控制系統(tǒng)策略。該系統(tǒng)接收電流調(diào)節(jié)手把指令和電流分配指令，通過(guò)雙電機(jī)電流信號(hào)分配及閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制，使電動(dòng)車在牽引驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)控制。其次，針對(duì)上述電動(dòng)三輪車的控制需求，在對(duì)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)與控制方式、電流及轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)方法進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的硬件驅(qū)動(dòng)電路，搭建了以TMS320F2812開(kāi)發(fā)板為主控制器的雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)硬件試驗(yàn)研究平臺(tái)；分析了控制系統(tǒng)軟件整體需求，編寫了系統(tǒng)輸入、輸出及控制模塊軟件，完成了雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。最后，在試驗(yàn)研究平臺(tái)上，完成了系統(tǒng)軟件與硬件聯(lián)合調(diào)試。通過(guò)電機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)試，標(biāo)定了速度檢測(cè)子系統(tǒng)；單獨(dú)施加恒定激勵(lì)電流，標(biāo)定了電流檢測(cè)子系統(tǒng)；外加可變負(fù)載，驗(yàn)證了電機(jī)電流閉環(huán)控制功能。調(diào)試結(jié)果表明，控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)和電流閉環(huán)控制。全部試驗(yàn)結(jié)果表明，基于DSP的電動(dòng)車多輪驅(qū)電機(jī)協(xié)調(diào)控制可在牽引驅(qū)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向協(xié)調(diào)，采用成熟的電流閉環(huán)控制技術(shù)，以軟件代替機(jī)械差速器的功能，可供多輪驅(qū)電動(dòng)汽車的研究參考。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；多輪驅(qū)；DSP；電流閉環(huán)控制AbstractThree basic functions of the ground running vehicles are bearing, steering and traction. At present, the trend of the pure electric automobiles is the multiwheel drive. This kind of system contains two driven motors at least. By coordinating control of the motors, the bidirectional traction of the electric vehicles can be realized, and coordinating control for the steering could bee possible at the same time. Therefore, the related theory and experiment about coordinating control technology of the multiwheel drive has been researched in this paper.At first, the working principle and characteristic for the permanent magnet brushless dc motor have been analyzed. According to the technique of traditional automobile, the control functions and realization methods of wheeldriven electric vehicle are researched systematically. The conceptual model of the electric tricycle posed of artificial steering wheel and two driven wheels is presented, and the system control strategy based on independent dual motor driven and flexible current instructions assignment has been proposed. The current adjustment handle instructions and current assignment instructions are received in this system, and coordinating control for torque is realized by assignment and closedloop control for current of the dual motors. Furthermore, steering coordinating control can be realized, while traction of the electric automobiles can be pleted.Secondly, for the control need of the electric tricycle mentioned above, the hardware driven circuit of magnet brushless dc motor has been designed on the basis of paring for power driven circuit structure, control means, mehod of current and rotor’s position signal detection of motor. And the hardware test and research platform of the dualmotor coordinating control system taking TMS320F2812 as the main controller has been builded up. The entire demand of software control system has been analyzed and input modules, output modules and control modules of system have been programmed. The software design of the dualmotor coordinating control system has been acplished at last.Finally, system software and hardware joint debug has been pleted on the experimental study platform. Speed detection subsystem has been calibrated by the motor openloop tests. Current detection subsystem has been calibrated by excitation permanent current imposed separately. And current closedloop control of motor has been pleted. The test results show that the control system can realize starting, speed adjustment, clockwise and anticlockwise running and current closedloop control functions of motor.All the test results show that the coordinating control for multiple driven motors of the electric vehicle based on DSP can realize coordinating control for the steering, while traction of the electric automobiles can be pleted. Mature technique of current closedloop control is adopted, and the function of differential mechanism can be replaced by software module, which gives the reference to the study of multiwheel electric vehicles.Keywords: Electric Vehicle。 Multiwheel Drive。 DSP。 Current Closedloop Control。 目 錄第1章 緒 論 1 課題研究背景及意義 1 多輪驅(qū)協(xié)調(diào)控制的現(xiàn)狀 1 論文完成的主要工作 3第2章 電動(dòng)車控制技術(shù)研究 4 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)分析 4 工作原理 4 數(shù)學(xué)模型 6 建模仿真 8 電動(dòng)車控制功能及實(shí)現(xiàn) 11 電動(dòng)三輪車概念模型及策略 14 電動(dòng)三輪車概念模型 14 雙電機(jī)協(xié)調(diào)控制策略 15 研究技術(shù)路線 17 本章小結(jié) 17第3章 電氣控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 18 電氣控制系統(tǒng)方案研究 18 功率橋電路與控制 18 電機(jī)電流檢測(cè)方案 21 轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè) 21 控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究 22 控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)需求 22 硬件解決方案 22 電氣控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 23 電流控制輸入電路 23 PWM信號(hào)隔離電路 24 電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路 24 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路 28 電機(jī)電流檢測(cè)電路 28 控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 30 電源去耦 30 信號(hào)隔離 31 布線線寬 31 本章小結(jié) 32第4章 控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) 33 軟件總體分析 33 輸入模塊軟件設(shè)計(jì) 34 控制信號(hào)輸入 34 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 38 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量 38 電壓電流采集 41 輸出模塊軟件設(shè)計(jì) 42 控制模塊軟件設(shè)計(jì) 45 本章小結(jié) 47第5章 系統(tǒng)調(diào)試與試驗(yàn)結(jié)果分析 48 試驗(yàn)研究平臺(tái)介紹 48 電機(jī)開(kāi)環(huán)調(diào)試 49 轉(zhuǎn)速標(biāo)定 49 轉(zhuǎn)速/電流特性 50 電流檢測(cè)系統(tǒng)標(biāo)定 51 電流閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)試 52結(jié) 論 55致 謝 56參考文獻(xiàn) 57攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文 61第1章 緒 論 課題研究背景及意義采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車最早誕生于1873年[8]，而采用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)典汽車要晚10余年。由于發(fā)現(xiàn)了廉價(jià)的化石能源，且電池