【正文】 此時邏輯電路處理后的方向信號 QEP_DIR 為低電平，T2減計數(shù)。兩路正交脈沖經(jīng)過光電耦合隔離和施密特非門整型后輸入到DSP 中的 CAP1/QEP1 和 CAP2/QEP2 接口，光電編碼器與 DSP 的接口如圖 所示。同時也可以利用光電編碼器輸出脈沖信號配合定時器/計數(shù)器，通過計算光電編碼器每秒輸出脈沖的個數(shù)來得出電動機的轉(zhuǎn)速。一般情況下，永磁同步電動機控制中常用的位置速度傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器。副邊電流精確地反映原邊電壓。圖中的穩(wěn)壓管 D1 是為了防止送入 DSP 的信號超過 ，而損壞 DSP。電機控制板上有兩路這樣的電流檢測通道，分別用來檢測 A、C 相電流。 主要參量的檢測及接口電路 檢測電路目的主要是為了將要檢測的各種信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成 DSP 可以識別的數(shù)字信號。 另外 IPM 內(nèi)部還具有異常情況檢測保護電路，如 SC（短路）、OC（過流）、UV（欠壓）、OT（過熱）。主電路工作時，因為智能功率模塊 IPM 的開關(guān)頻率很高，開關(guān)的通斷會在直流母線上疊加一些高頻干擾，出現(xiàn)高頻的尖峰電壓毛刺，影響逆變橋的工作，因此需要在電解電容器旁邊并聯(lián)一個無感電容 C2 作為吸收緩沖電路，其作用就是為了高頻干擾的濾波。R1 為充電限流電阻，主要是用于防止主電路上電時由于電容充電而引起瞬間過大的電流沖擊，因為當(dāng)主電路通電時，蓄電池首先給電容 C1 充電，如果沒有限流電阻 Rl，充電電流會非常大，可能損壞電容。但是目前仍有許多 5V 電源的數(shù)字器件和邏輯器件可用，因此在許多設(shè)計中將有 5V 邏輯器件和 邏輯器件共存，而且不同的電源電壓在同一電路板中混用。CAN 最初出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 80 年代末的汽車工業(yè)中，由德國 Bosch 公司最先提出的，最初是為了解決現(xiàn)代汽車中龐大的電子控制裝置之間的通信，減少不斷增加的信號線而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。 ●串行通信模塊（SCI）。 ●存儲器包括 32K 字節(jié) Flash 程序閃存，片內(nèi) ROM，和 2K 字的單存取 RAM（SARAM）,和 54416 位字的雙存取 RAM（DARAM）?？刂葡到y(tǒng)只測量兩相電流ai 和ci ，均由電流傳感器LA108P 來測得，兩路信號通過低通濾波處理后送到 DSP 的 ADC 模塊。圖 電機控制系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)圖本課題設(shè)計的混合動力電動汽車永磁同步電機控制系統(tǒng)用的是永磁同步電機(PMSM)和 DSP 為核心的控制器，直接轉(zhuǎn)矩控制算法由 TI 公司生產(chǎn)的定點 DSPTMS320LF2407A 實現(xiàn)。在驅(qū)動控制系統(tǒng)中，對驅(qū)動電機通常要求能夠頻繁地啟動/停車、加速/減速，調(diào)速范圍要求很寬，過載系數(shù)高，具有高的功率密度，充分利用蓄電池能量，力求盡可能的延長續(xù)駛里程。 選用兩片 DSP 芯片分別對電動機和發(fā)動機進行控制，他們之間采用雙機通訊進行數(shù)據(jù)傳送。在 74LVX14 和 PCA82C250 之間連接了兩個隔離器件 6N137 構(gòu)成隔離電路，主要是考慮車載環(huán)境惡劣，為進一步提高抗干擾措施而設(shè)置的。因此從圖中我們可以看出，CAN 總線節(jié)點結(jié)構(gòu)一般分為兩類：一類采用 DSP 芯片直接與 CAN 總線發(fā)送接收器相連；另一類則是由單片機、CAN 控制器（一般選 SJA1000）及 CAN 總線發(fā)送接收器相連。在通信過程中，DSP 控制芯片作為總的控制器核心，處理各個控制器部件之間的通信運作問題，并且每個控制器本身也有獨立的控制芯片來完成自身的控制任務(wù)。它是以微處理機為基礎(chǔ)，以危險分散控制，操作和管理集中為特性，集先進的計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、CRT 技術(shù)和控制技術(shù)即 4C 技術(shù)于一體的新型控制系統(tǒng)。然后對這四種類型的混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)和特點分別進行了介紹，并做了綜合比較，最后通過比較分析，選定了混聯(lián)式結(jié)構(gòu)的混合動力電動汽車的電機驅(qū)動控制進行研究。該復(fù)合式 HEV 主要有前軸混合驅(qū)動后軸電驅(qū)動和前軸電驅(qū)動后軸混合驅(qū)動兩種驅(qū)動方式。簡單的介紹下電力主動型，當(dāng)車輛啟動或輕載運行時，發(fā)動機關(guān)閉，由蓄電池給電動機提供電能驅(qū)動汽車；車輛正常運行、加速行駛時，發(fā)動機和電動機一起工作，共同提供車輛所需要的功率。車輛可以以發(fā)動機，電動機多種合成方式驅(qū)動。由于發(fā)動機和電動機驅(qū)動同一個驅(qū)動軸，因此車輛輕載時，發(fā)動機發(fā)出的功率可以通過電動機轉(zhuǎn)換為電能給蓄電池充電。 它是電力輔助型的燃油車，目的是為了降低尾氣排放和燃油消耗。 串聯(lián)式混合動力電動汽車的控制模式 在串聯(lián)式混合動力電動汽車上，由發(fā)動機帶動發(fā)電機所產(chǎn)生的電能和電池輸出的電能，共同輸出到電動機來驅(qū)動汽車行駛，電力驅(qū)動是唯一的驅(qū)動模式。另外，蓄電池還可以單獨向電動機提供電能來驅(qū)動電動汽車，這樣使混合動力電動汽車在零污染狀態(tài)下純電動運行。電機驅(qū)動控制系統(tǒng)分為電氣和機械兩大系統(tǒng)，其中電氣系統(tǒng)包括控制器、功率轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動電機三部分。國際電子技術(shù)委員會對混合動力車輛的定義為：“在特定的工作條件下，可以由兩種和兩種以上的儲能器、能源或轉(zhuǎn)換器作驅(qū)動能源，其中至少由一種能提供電能的車輛稱為混合動力電動汽車”。 本文的主要任務(wù) 本文主要工作包括以下幾方面的內(nèi)容：1)第一章緒論，主要通過閱讀國內(nèi)外文獻，介紹了混合動力電動汽車的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用前景、發(fā)展趨勢等。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)采用空間電壓矢量的分析方法，其直接在定子坐標(biāo)系下計算和控制交流電機的轉(zhuǎn)矩。日本的本田公司電動汽車—EVPLUS 中的永磁同步電動機轉(zhuǎn)子采用了表面插入式結(jié)構(gòu)。但其損耗高，要不斷冷卻電機，效率相對于永磁電機和開關(guān)磁阻電機也低，這都對感應(yīng)電機在混合動力電動汽車中的應(yīng)用有很大的影響；開關(guān)磁阻電機(SRM)被認(rèn)為是混合動力汽車中最有潛力的汽車之一，它具有很多優(yōu)點。概括起來有三大關(guān)鍵技術(shù)，即電機驅(qū)動技術(shù)、能量存儲技術(shù)和動力總成技術(shù)[5]。但同國外電動汽車水平相比，我國的技術(shù)還有一定的距離。目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心認(rèn)證試驗，各項指標(biāo)均滿足有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。歐洲各大汽車廠商爭先恐后地推出了本公司研制的電動汽車[4]。最近豐田又推出了一種新型的 PostPrius 混合動力系統(tǒng)。 直到 20 世紀(jì) 70 年代能源危機和石油短缺，人們開始考慮替代石油的其他能源，因此電動汽車又一次被人矚目，世界許多國家都開始發(fā)展電動汽車。早在 1997 年 12 月的電動汽車國際會議上，大多數(shù)汽車工程師認(rèn)為，在未來 10 年內(nèi)世界上生產(chǎn)的汽車中混合動力汽車至少占 40%?；旌想妱悠嚕℉EV）通常將發(fā)動機和電機混合使用，通過控制發(fā)動機和電機的能量分配和流動，實現(xiàn)減少油耗和排放的最終目的，是一種準(zhǔn)環(huán)保型的車輛。汽車的能源需求主要是石油，但是目前石油資源匱乏，由此看來汽車的發(fā)展給環(huán)保、能源等帶來巨大的挑戰(zhàn)。仿真表明該算法的有效性，較傳統(tǒng)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)加快，轉(zhuǎn)矩脈動變小，穩(wěn)態(tài)性能得到了提高?；旌蟿恿﹄妱悠?HEV)憑借其高效、節(jié)能、低污染的優(yōu)勢脫穎而出，成為了傳統(tǒng)汽車向純電動汽車的完美過渡，在提高功能效率和降低污染等方面有很好的應(yīng)用前景。接下來文中在研究了永磁同步電機的結(jié)構(gòu)特點、工作原理、數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對其控制策略進行了分析比較，最終選用將直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）應(yīng)用到永磁同步電機控制系統(tǒng)上，設(shè)計了 PMSM 的直接轉(zhuǎn)矩控制框圖，并用 MATLAB進行了系統(tǒng)仿真。 然而，汽車在推動世界經(jīng)濟發(fā)展、給人民生活帶來便利的同時，也帶來一系列的負面效應(yīng)。但是，由于純電動汽車對電池的要求很高，而目前蓄電池的發(fā)展技術(shù)受限，不能滿足遠距離行駛的需要，這些都限制了純電動汽車的發(fā)展。混合動力電動汽車是將新老技術(shù)結(jié)合的最佳產(chǎn)物，它既具有純電動汽車的高效率和低排放的性能，還具有傳統(tǒng)汽車行駛里程長和快速補充燃料的性能。據(jù)統(tǒng)計，到 1890 年在全世界 4200 輛汽車中，有 38%為電動汽車，40%為蒸汽車，22%為內(nèi)燃機汽車。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷混合動力汽車的企業(yè)，只有日本的豐田和本田兩家汽車公司[2]。迄今為止已經(jīng)研發(fā)出多款混合動力電動汽車，如克菜斯勒的 ESX福特的 Prodigy 2000、Escape 通用的Precept 和 Ben Z 等。我國也是研制電動汽車技術(shù)較早的國家之一。長安汽車公司采用的同軸 ISG 輕度混合方案，在國內(nèi)率先開展了混合動力專用發(fā)動機開發(fā)，并成功開發(fā)了第二輪功能樣車和第三輪性能樣車。純電動汽車適合于特定的市場如交通、電價便宜和零排放管制的城市；而混合電動汽車適合于長途運輸。 國內(nèi)外電動汽車電機的使用情況：第一汽車集團公司的混合動力轎車—CA7180AE 采用的是直流電機；三菱的串聯(lián) Canter 混合動力車采用的是交流感應(yīng)電機；豐田的 Coaster 混合動力車采用的也是交流感應(yīng)電機，但豐田 Prius 采用的則是永磁同步交流電動機；東風(fēng)電動車輛股份有限公司的混合動力客車—EQ6110HEV采用的是開關(guān)磁阻電機；戴姆勒—克萊斯勒的 ESX3 采用的是直流永磁無刷電機。因此，研究基于永磁電機的混合動力電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，將在保證汽車行駛里程的前提下，緩解傳統(tǒng)汽車排放對環(huán)境的危害以及對石油資源的過度消耗，這一研究將有深遠的意義。1971 和美國學(xué)者 等人提出交流電機磁場定向控制理論和定子電壓坐標(biāo)變換原理，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的矢量控制是交流調(diào)速史上的一次質(zhì)的飛躍。在串聯(lián) HEV 中，驅(qū)動車輪的全部扭矩都由電動機提供，發(fā)動機則帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能，用于車用蓄電池充電。 6)第六章主要是在第五章的基礎(chǔ)上介紹了一種動態(tài)性能更好的經(jīng)過蟻群優(yōu)化的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)，并對其仿真，與原始的直接轉(zhuǎn)矩控制進行了仿真對比分析。其整體結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 串聯(lián)混合動力電動汽車 串聯(lián)混合動力電動汽車的結(jié)構(gòu)與特點 串聯(lián)式混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)是混合動力電動汽車最簡單的一種，主要由發(fā)動機、發(fā)電機、功率轉(zhuǎn)換器、蓄電池、電動機和傳動裝置等組成。但是發(fā)動機的輸出需全部轉(zhuǎn)化為電能再變?yōu)轵?qū)動汽車的機械能,由于機電能量轉(zhuǎn)換和電池充放電的效率較低,使得燃油能量的利用率比較低。并聯(lián)式混合動力電動汽車采用發(fā)動機和電動機兩套獨立的驅(qū)動系統(tǒng)分別通過不同的離合器來驅(qū)動車輪。兩套動力裝置要根據(jù)汽車狀態(tài)進行切換。發(fā)電機發(fā)出的電能傳送給電動機或蓄電池,電動機產(chǎn)生的驅(qū)動力通過傳動裝置傳送給驅(qū)動橋來驅(qū)動車輪。 混聯(lián)式混合動力電動汽車的控制模式 混聯(lián)兼有串并聯(lián)的特點，因此它有很多控制模式。雙向流動有更多的控制模式，現(xiàn)在有些新型的電動汽車采用這種復(fù)合式系統(tǒng)。因此混聯(lián)方式是相對完善的混合動力驅(qū)動方式，能夠有效地彌補串聯(lián)式和并聯(lián)式的不足，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。在這種情況下，分布式控制系統(tǒng)以高可靠性、高靈活性和操控簡便得到廣大工業(yè)用戶的青睞，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、造紙和石油等工業(yè)領(lǐng)域。 該系統(tǒng)主要包括動力總成控制單元、發(fā)動機電控單元、電機控制器、AMT 控制器及動力電池管理系統(tǒng)[10]。由于本系統(tǒng)采用的是分布式控制方式，即使當(dāng) CAN 總線發(fā)生故障，每個控制器模塊也能單獨完成自身的操作任務(wù)，不會造成整個系統(tǒng)癱瘓的嚴(yán)重后果。電機驅(qū)動系統(tǒng) DSP 芯片與 CAN BUS 的接口如圖 。 混聯(lián)式電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)控制策略 本文研究的是混聯(lián)式混合動力汽車驅(qū)動控制，有兩種動力裝置：發(fā)動機和電機。圖 混聯(lián)式驅(qū)動總體控制方案本文著重介紹電機驅(qū)動控制系統(tǒng)這部分。永磁同步電機驅(qū)動控制系統(tǒng)硬件電路介紹是本系統(tǒng)研究的重點之一，硬件研究要求整個硬件電路安全可靠、功能強大、靈活方便，有利于調(diào)試和監(jiān)控。 本系統(tǒng)的直流電源由蓄電池提供，功率模塊采用的是三菱公司的IPMPM75CLA060。 主控制器 DSP TMS320LF2407A 簡述及外圍電路設(shè)計 （1）DSP TMS320LF2407A 簡述 本系統(tǒng)選用的 DSP 芯片是 TI 公司的 TMS320LF2407A，TI 公司已成為世界上最大的 DSP 芯片供應(yīng)商，常用的 DSP 芯片分為三大系列： ● TMS320C2000 系列：包括 TMS320C2XX/C24X/C28X 等； ● TMS320C5000 系列：包括 TMS320C54X/C55X/OMAP 等； ● TMS320C6000 系列：包括 TMS320C62X/C67X/C64X 等 本系統(tǒng)采用的 TMS320LF2407A 是 TMS320C2000 系列 TMS320C24X 系列中的功能較強，低功耗的，供電電壓為 ,最高運算速度為 40MIPS 的 DSP 芯片[12]。每個事件管理器模塊包括通用定時器（GP）、比較單元、捕獲單元、正交編碼（QEP）單元以及 8 個 16 位脈寬調(diào)制（PWM）通道等。它支持半雙工和全雙工操作，發(fā)送器和接收器的操作可以通過中斷或轉(zhuǎn)換狀態(tài)標(biāo)志來完成。具體說來，一個高性能的 DSP 控制器的性能主要有:，進而減少振動并延長系統(tǒng)壽命；，從而無需使用速度與位置傳感器； PWM 輸出；。其中混合動力電動汽車采用的是永磁同步電機作為驅(qū)動電機，電源采用鋰電池組，總電壓 280V，逆變器采用智能功率模塊(IPM 模塊)。當(dāng)主回路上電之前，先把開關(guān) K2打開，逆變橋所有橋臂全部封鎖，然后主回路合閘給濾波電容充電。因直接并聯(lián)在 IGBT 的 C、E 兩端，IGBT 關(guān)斷時吸收電容上的電壓從零開始上升，因而有較好的過電壓吸收效果。該款光耦是安捷倫公司專為 IPM 等功率器件設(shè)計的高速光電隔離接口芯片。而相電流的檢測，可以通過電流傳感器對其中的兩相進行檢測，因為三相電流的和為零，只要知道兩相就可以通過計算得到另一相。電阻 RRRCC2 和運算放大器MCP604 一起構(gòu)成了一個 Bessel 有源低通濾波器。所以在直接轉(zhuǎn)矩中可以通過采樣直流母線電壓計算得到電機的端電壓。由于永磁同步電動機定子磁場是在這個初始值的基礎(chǔ)上對定子電壓進行積分的結(jié)果，所以準(zhǔn)確的測出這個初始值的幅值和位置對永磁同步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制性能的影響至關(guān)重要。正是由于光電碼盤和電動機同軸，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)動時，碼盤會隨電機同軸轉(zhuǎn)動，才使得編碼器的轉(zhuǎn)速與電機的轉(zhuǎn)速相同，進而達到對編碼器轉(zhuǎn)速的測量即是對電機轉(zhuǎn)速測量的目的。旋轉(zhuǎn)時光電編碼器產(chǎn)生兩路互差90176。QEP 電路對輸入的正交編碼脈沖的上升沿和下降沿都進行計數(shù)，因此對輸入的正交編碼脈沖進行 4 倍頻后作為 T2 的計數(shù)脈沖，并通過 QEP 電路的方向檢測邏輯確定哪