基于tms320f28035電動(dòng)汽車電機(jī)控制器(編輯修改稿)
2025-07-24 18:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 操作，1616位雙通道MAC（乘累加運(yùn)算），采用哈佛總線結(jié)構(gòu) ,快速的中斷響應(yīng)和處理 ,統(tǒng)一的存儲(chǔ)模式 用C/C++和匯編語言，代碼效率高。 ②.裝置和系統(tǒng)低消耗， ，沒有上電順序要求，先進(jìn)的仿真性能， 分析和斷點(diǎn)功能，可通過硬件實(shí)時(shí)調(diào)試,增強(qiáng)性的控制模塊 ，增強(qiáng)的PWM模塊，HRPWM，增強(qiáng)性的脈沖編碼模塊 ，ADC轉(zhuǎn)換模塊 異步電機(jī)矢量控制策略矢量控制理論是從異步電機(jī)內(nèi)部的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換、電機(jī)統(tǒng)一理論和空間矢量理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，理論基礎(chǔ)嚴(yán)謹(jǐn)。矢量控制技術(shù)完全模仿對(duì)直流電機(jī)的控制技術(shù)，用矢量變換的方式，把異步電機(jī)定子電流解耦成互相獨(dú)立的產(chǎn)生激磁的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量，分別控制著兩個(gè)分量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制和磁鏈控制的解耦，從而實(shí)現(xiàn)理想的動(dòng)態(tài)性能。在理想的情況下矢量控制的異步電機(jī)傳動(dòng)類似于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。在直流電機(jī)中，若忽略電樞效應(yīng)和磁場飽和，則輸出轉(zhuǎn)矩可被表示為： (式21)式中Ia為電樞電流，If是勵(lì)磁電流。直流電機(jī)的構(gòu)造決定了勵(lì)磁電流If產(chǎn)生的磁鏈與電樞電流Ia是垂直的，當(dāng)控制電流Ia以控制轉(zhuǎn)矩時(shí)，磁鏈不受影響。異步電機(jī)是多變量，非線性，強(qiáng)耦合系統(tǒng)，控制起來遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜。異步電機(jī)矢量控制示意圖如圖4圖4異步電機(jī)矢量控制示意圖將異步電機(jī)放在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq）上進(jìn)行控制，如果將Ids定向在轉(zhuǎn)子磁鏈的方向且與Iqs垂直，則穩(wěn)態(tài)時(shí)正弦量就變成了直流量，這樣異步電機(jī)就具有了直流電機(jī)的特性，可獲得類似直流電機(jī)的特性。此時(shí)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可表示為： （式22）其中為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁場定向后d軸電流，為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁場定向后q軸電流，這意味著當(dāng)控制時(shí)，只會(huì)影響實(shí)際的轉(zhuǎn)矩電流Iqs,而不會(huì)影響磁鏈，當(dāng)控制電流時(shí)，只會(huì)影響磁鏈，而不會(huì)影響電流的轉(zhuǎn)矩分量。圖5動(dòng)汽車異步電機(jī)矢量控制原理系統(tǒng)框圖 空間矢量SVPWM調(diào)制技術(shù)目前PWM開關(guān)信號(hào)的獲得最常見的有正弦脈寬調(diào)制(SPWM)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。其中，SVPWM是將逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體，建立逆變器開關(guān)模式和電機(jī)電壓空間矢量的內(nèi)在聯(lián)系，通過控制逆變器的開關(guān)模式，使電機(jī)的定子電壓空間矢量沿圓形軌跡運(yùn)動(dòng)，從而明顯降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，與傳統(tǒng)的SPWM相比，其開關(guān)器件的開關(guān)次數(shù)可以減少1/3，直流電壓的利用率可提高15%，能獲得較好的諧波抑制效果，且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。當(dāng)電機(jī)要求運(yùn)行在基速以上時(shí)，由于直流母線電壓的限制和反電動(dòng)勢(shì)的影響，就需要轉(zhuǎn)子磁場隨著轉(zhuǎn)速的上升而下降，即所謂的弱磁運(yùn)行。電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的弱磁運(yùn)行性能有較高要求，有限的供電電壓無法提供電機(jī)轉(zhuǎn)速升高所需的不斷升高的轉(zhuǎn)子反電勢(shì)，因此需要選擇適當(dāng)?shù)娜醮欧椒ㄔ跐M足電機(jī)及逆變器的電壓和電流限制條件下得到盡可能大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出，功率輸出及良好的系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性。在電動(dòng)汽車中，電機(jī)逆變器的母線電壓易受電機(jī)運(yùn)行工礦和電池特性的影響而產(chǎn)生一定范圍的電壓波動(dòng),為了能在全速度范圍內(nèi)保持電機(jī)轉(zhuǎn)矩可控性，特別是在高速弱磁區(qū)，需要留一定的電壓余量以保證電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩及勵(lì)磁分量的動(dòng)靜態(tài)性能 。目前最為常見的異步電機(jī)高速弱磁方法是假定母線電壓不變的前提下按照磁鏈與速度成反比的關(guān)系進(jìn)行的高速弱磁控制 在以轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制下有以下公式： （式23）（式24）高速時(shí)電阻壓降可以忽略，從以上兩式可得： （式25）采用轉(zhuǎn)子磁場定向后： （式26）電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)， 則： （式27）從式39 可以看出采用磁鏈與速度成反比的弱磁控制時(shí)，只有在空載時(shí)才能保證U恒定不變，U隨電機(jī)負(fù)載增加而增加，另外逆變器母線電壓是波動(dòng)的這給電機(jī)弱磁控制增加了難度。通過以上分析可以看出，傳統(tǒng)弱磁方法并不能在整個(gè)電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，因此本文采用先進(jìn)的弱磁控制算法，其控制框圖如圖6所示： 圖6 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的弱磁控制原理框圖同過判斷d軸和q軸電壓來判斷系統(tǒng)是否進(jìn)入弱磁區(qū)，在進(jìn)入弱磁區(qū)后，通過PI調(diào)節(jié)器來自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的分配。（1）在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，電機(jī)運(yùn)行在基速以下，在這個(gè)區(qū)域電機(jī)所需電壓矢量的幅值沒有超過，電機(jī)運(yùn)行只受電流限制圓的限制，有能力保證，達(dá)到其額定值，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。整個(gè)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域電機(jī)電流分配如方程（）所示： （28）（2）恒功率區(qū)，弱磁區(qū)1（），隨著轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)所需要的電壓矢量越來越大，當(dāng)時(shí)，電機(jī)運(yùn)行所需要的電壓矢量幅值與相等。如果轉(zhuǎn)速在增加，電機(jī)運(yùn)行所需要的電壓矢量幅值將大于，調(diào)節(jié)器PI(e)將調(diào)整電機(jī)所需的電壓矢量幅值使其不超過最大電壓。PI(e)調(diào)節(jié)器將自動(dòng)減小勵(lì)磁電流從而保證電機(jī)若需電壓不超過最大電壓限制，這將導(dǎo)致減小，減小。同時(shí)在該區(qū)域轉(zhuǎn)矩電流將增加，將增加這也意味著電機(jī)弱磁控制的開始。該區(qū)域電流的分配情況： 由PI調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)矩電流為： （29）（3）恒電壓區(qū)，弱磁區(qū)2（）：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加時(shí)，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入弱磁區(qū)2，在該區(qū)域，由于電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)很高，已經(jīng)不可能在在向電機(jī)輸入最大的電流，所以在該區(qū)域電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)只受電壓限制橢圓的限制。該區(qū)域電機(jī)勵(lì)磁電流任由PI(e)調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)來滿足電機(jī)運(yùn)行的電壓限制條件，該區(qū)域的電流分配策略為： （210）通過上面分析可以看出系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的方法能在整個(gè)電機(jī)運(yùn)行過程中得到最大的轉(zhuǎn)矩，不需要查表，對(duì)參數(shù)的依賴小，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的弱磁方法相比，電流分配更加合理，能夠在整個(gè)電機(jī)運(yùn)行區(qū)域得到更大的轉(zhuǎn)矩。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器總體框圖和實(shí)物圖如圖7所示：圖7 電動(dòng)汽車電機(jī)控制器總體框圖和實(shí)物圖如圖7所示，本系統(tǒng)采用48V電池作為控制器母線電壓輸入，主驅(qū)電機(jī)為鼠籠是異步電機(jī)，控制器主控
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