【正文】 V、W信號(hào)位置接口電路與A、B、Z三路電路形式相同。此外，為增強(qiáng)電路系統(tǒng)的抗干擾能力，采用光電藕合器進(jìn)行控制電路地線浮地處理，光電藕合器輸出經(jīng)74HC14進(jìn)行波形整形，最后與DSP外圍模塊QEP單元相連接。 位置檢測(cè)接口原理電路圖 PWM信號(hào)輸出及動(dòng)作保護(hù)電路盡管在DSP輸出的PWM中已經(jīng)加入了死區(qū)時(shí)間，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)中依然從硬件方面采取措施，利用GEL器件22V10D保證同一相的上、下橋臂的互鎖保護(hù)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，PLD22V10發(fā)出錯(cuò)誤信號(hào)，點(diǎn)亮發(fā)光二極管D6，提示維護(hù)。 PWM信號(hào)輸出及動(dòng)作保護(hù)電路原理圖 軟件控制簡(jiǎn)要說(shuō)明。為了完成PMSM的矢量控制，必須進(jìn)行工作以下：178。 檢測(cè)電機(jī)的電壓、電流等變量；178。 將檢測(cè)得到的三相坐標(biāo)系下變量利用Clark變換轉(zhuǎn)換至兩相靜止坐標(biāo)系（αβ坐標(biāo)系）下；178。 檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶康慕嵌任恢茫?78。 利用Park變換將靜止坐標(biāo)系（αβ坐標(biāo)系）下的定子電流轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（dq坐標(biāo)系）下，并按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向；178。 對(duì)定子電流的磁場(chǎng)分量和轉(zhuǎn)矩分量分別進(jìn)行控制；178。 計(jì)算輸出定子電壓空間矢量；178。 利用反Park變換將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓矢量轉(zhuǎn)換到靜止坐標(biāo)系下；178。 利用空間矢量PWM調(diào)制方法計(jì)算出三相電壓占空比并輸出。PMSMPWM發(fā)生器Park變換Clark變換主電路d/dt位置傳感器轉(zhuǎn)速速度給定轉(zhuǎn)矩控制反Park變換轉(zhuǎn)速控制磁鏈控制弱磁控制～ PMSM矢量控制結(jié)構(gòu)框圖 轉(zhuǎn)子位置與速度檢測(cè)在PMSM矢量控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)子位置和速度檢測(cè)在整個(gè)控制環(huán)節(jié)中占有重要的地位。對(duì)轉(zhuǎn)子位置的準(zhǔn)確檢測(cè)可以保證磁場(chǎng)定向的準(zhǔn)確。在DSP中均集成了片內(nèi)正交解碼器模塊。正交解碼器計(jì)數(shù)器對(duì)A相和B相碼盤信號(hào)的上升沿進(jìn)行遞增計(jì)數(shù)或者遞減計(jì)數(shù)。每旋轉(zhuǎn)一周，位置計(jì)數(shù)器通過標(biāo)志信號(hào)脈沖（Index）清零。碼盤的每相信號(hào)1周有1024個(gè)脈沖。這意味著碼盤的零位與脈沖標(biāo)志有關(guān)。但是，在PMSM的矢量控制中，需要將轉(zhuǎn)子的零位與d軸對(duì)齊，即轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向與D軸對(duì)齊時(shí)的位置為零位。在實(shí)際應(yīng)用中，碼盤安裝時(shí)的零位（標(biāo)志脈沖的位置）不能與轉(zhuǎn)子的實(shí)際零位重合。因此在使用正交解碼器模塊時(shí)，不僅需要檢測(cè)碼盤的位置，還需要檢測(cè)碼盤零位（標(biāo)志脈沖）與轉(zhuǎn)子零位（磁場(chǎng)方向）的位置差。這樣才能得到轉(zhuǎn)子的實(shí)際位置。另外，利用正交定時(shí)器模塊（每個(gè)正交定時(shí)器模塊包含4個(gè)正交定時(shí)器）也可以完成轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測(cè)。內(nèi)部數(shù)字濾波器主信號(hào)源 QtimerA0次信號(hào)源主信號(hào)源 QtimerA1次信號(hào)源主信號(hào)源 QtimerA2次信號(hào)源主信號(hào)源 QtimerA3次信號(hào)源主信號(hào)源 QtimerD0次信號(hào)源正交解碼器位置計(jì)數(shù)器脈沖計(jì)算器周期定時(shí)器時(shí)基縱聯(lián)模式CLK/2CLK不用PHASEAPHASEBINDEX 正交定時(shí)器模塊的配置 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)和速度檢測(cè)利用了定時(shí)器模塊A中的4個(gè)正交定時(shí)器和1個(gè)用于實(shí)際的定時(shí)器。其中定時(shí)器A0和A1用于位置檢測(cè)，A0僅用于正交解碼器。這樣，碼盤的PHASEA和PHASEB兩相信號(hào)輸入給定時(shí)器A0，經(jīng)過解碼后傳遞給定時(shí)器A1作為主輸入信號(hào)。INDEX信號(hào)作為次輸入信號(hào)。A0設(shè)置為正交計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)數(shù)值將為0時(shí)，重新初始化計(jì)數(shù)器。該定時(shí)器僅作為正交信號(hào)的解碼器。定時(shí)器A0與A1級(jí)聯(lián)，即A0的輸出作為A1的輸入。在這種模式下，遞增計(jì)數(shù)或者遞減計(jì)數(shù)的信息是通過內(nèi)部傳遞給定時(shí)器A1的，因此A1的次輸入端可以用于標(biāo)志脈沖INDRX的輸入。計(jì)數(shù)器A1設(shè)置成當(dāng)計(jì)數(shù)到（（4每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)）1）并經(jīng)過比較之后重新初始化。A1中的數(shù)值即為轉(zhuǎn)子的位置。轉(zhuǎn)子位置的標(biāo)志脈沖INDEX用于避免脈沖信號(hào)的丟失，這些脈沖信號(hào)丟失的原因主要是因?yàn)楦蓴_引起的。一旦發(fā)生脈沖丟失，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子檢測(cè)的誤差。如果丟失了一些脈沖，并檢測(cè)到與正常情況下不同的標(biāo)志脈沖位置，就可以標(biāo)出一個(gè)位置誤差。如果在不希望出現(xiàn)的時(shí)刻檢測(cè)到標(biāo)志信號(hào)，則定時(shí)器A1內(nèi)的數(shù)據(jù)被刪除，計(jì)數(shù)器A0的值裝入A1，并作為A1的位置。定時(shí)器的結(jié)果經(jīng)過Q15到那個(gè)表后的表示范圍是[1，1），表示[）。 轉(zhuǎn)子速度檢測(cè)通常檢測(cè)轉(zhuǎn)速的方法有兩種：一種是測(cè)周法（T法）；另外一種是測(cè)頻法（M法）。測(cè)周法時(shí)檢測(cè)正交解碼器兩個(gè)邊沿信號(hào)之間的時(shí)間；測(cè)頻法是在固定的一個(gè)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)正交信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)，即檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)的位置差。測(cè)周法適用于低速范圍的速度檢測(cè)，而測(cè)頻法適用于高速范圍的速度檢測(cè)。為了提高速度檢測(cè)的適用性和檢測(cè)精度，可以將兩種方法結(jié)合起來(lái)，就是所謂的M/T法。該方法同時(shí)檢測(cè)一定時(shí)間內(nèi)的碼盤的輸入脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)，以及在該事件內(nèi)第一個(gè)脈沖和最后一個(gè)脈沖之間的時(shí)間值（即時(shí)間基準(zhǔn)脈沖的個(gè)數(shù)，時(shí)間基準(zhǔn)脈沖頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碼盤脈沖頻率）。該方法的速度檢測(cè)值為速度= ()式中：k為速度系數(shù)；N為一定周期內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)；T為N個(gè)脈沖的準(zhǔn)確時(shí)間。該方法需要兩個(gè)定時(shí)器分別對(duì)輸入脈沖和這些脈沖的時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)，第三個(gè)定時(shí)器作為時(shí)基，如圖 所示。定時(shí)器A2對(duì)碼盤的輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，定時(shí)器A3對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過二分頻后的脈沖計(jì)數(shù)。這兩個(gè)定時(shí)器的值可以有PHASEA信號(hào)的上升沿捕獲得到，即當(dāng)PHASEA信號(hào)長(zhǎng)生上升沿時(shí)，讀出這兩個(gè)定時(shí)器的值。時(shí)基是由定時(shí)器D0提供的，它可以提供900μs的速度處理周期。首先，新捕獲的兩個(gè)定時(shí)器中的值被讀出，脈沖個(gè)數(shù)和準(zhǔn)確的時(shí)間間隔與前一次值的差將被計(jì)算出，然后新的值被保存并用于下一個(gè)周期計(jì)算，并且捕獲寄存器被使能。從這時(shí)起，PHASEA信號(hào)的第一個(gè)邊沿捕獲兩個(gè)定時(shí)器（A2和A3）的值，同時(shí)捕獲寄存器被禁止，這個(gè)過程在每個(gè)速度處理算法調(diào)用時(shí)不斷重復(fù)。 最小和最大轉(zhuǎn)速計(jì)算利用上面介紹的轉(zhuǎn)速計(jì)算方法，可以得到較為精確地電機(jī)轉(zhuǎn)速。但是受到定時(shí)器的限制，當(dāng)電機(jī)超過一定轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)發(fā)生溢出。因此，該算法計(jì)算轉(zhuǎn)速存在最小可獲得轉(zhuǎn)速和最大可獲得轉(zhuǎn)速。最小轉(zhuǎn)速為 ()式中，為最小可獲得轉(zhuǎn)速（r/m）；N為每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；Tcalc為轉(zhuǎn)速檢測(cè)周期（轉(zhuǎn)速計(jì)算周期）（s）。在實(shí)際應(yīng)用中，假設(shè)正交編碼器每轉(zhuǎn)1024個(gè)脈沖，計(jì)算周期為900μs，則此時(shí)由式（） r/m.最大轉(zhuǎn)速可以表示為 ()式中：為最大可獲得轉(zhuǎn)速（r/m）；N為每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；為給定時(shí)器A2輸入的時(shí)鐘周期（s）。將1024和1/(36MHz/2)分別代入式()（定時(shí)器A2輸入時(shí)鐘=系統(tǒng)時(shí)鐘36MHz/2），得到最大轉(zhuǎn)速為263672 r/m。可以看出，該算法能夠檢測(cè)的速度范圍很寬。由于實(shí)際中電機(jī)轉(zhuǎn)速不可能達(dá)到如此高的最高轉(zhuǎn)速，因此，可以通過調(diào)整速度系數(shù)k，使得最高轉(zhuǎn)速達(dá)到實(shí)際需要值。轉(zhuǎn)速系數(shù)為 ()式中：k為速度系數(shù)；為最大可獲得轉(zhuǎn)速（r/m）；N為每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)；為給定時(shí)器A2輸入的時(shí)鐘周期（s）。4 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的仿真試驗(yàn)研究Simulink是一個(gè)開放的編程環(huán)境，允許用戶開發(fā)新模型，建立新模型有以下幾種方法 ：1) 用Simulink提供的功能模塊建立新模型 ： 2) 調(diào)用MATLAB函數(shù)建立新模型 ； 3) 編寫S函數(shù)以建立新模型。 由于永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)比較復(fù)雜 ，所以主要使用S函數(shù)建立模型， 同時(shí)輔以其他兩種建模方法。當(dāng)模型建立完畢將整個(gè)模型按功能劃分成以下幾個(gè)模塊：電機(jī)模塊、換向控制模塊、速度調(diào)節(jié)器模塊、電流調(diào)節(jié)器模塊、斬波器模塊和電流型逆變器模塊。然后，利用Simulink中強(qiáng)大的功能自定義模塊Subsystem，將眾多子模塊組合、封裝成上述幾個(gè)新的功能模塊。這樣不但可 以簡(jiǎn)化圖形、減少模塊個(gè)數(shù)，還可以象其他標(biāo)準(zhǔn)模塊一樣，封裝后的模塊可以有相應(yīng)的圖標(biāo)和方便使用的對(duì)話框 。采用MATLAB\Simulink中自帶的PMSM模塊和PMSM測(cè)量環(huán)節(jié)模塊，并對(duì)Simulink自帶的qd0toabc模塊進(jìn)行改造，得到適合于本仿真要求的qd2abc模塊，建立起整個(gè)系統(tǒng)的仿真電路圖（），基速以下采用最大轉(zhuǎn)矩\電流控制，基速以上采用最大輸出功率控制，通過仿真得到不同運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行波形。電機(jī)仿真參數(shù)id,iq電流計(jì)算模塊dqabc坐標(biāo)變換模塊PWM逆變器模塊永磁同步電動(dòng)機(jī)電機(jī)參數(shù)測(cè)量模塊示波器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 系統(tǒng)仿真Simulink結(jié)構(gòu)框圖 最大轉(zhuǎn)矩\電流控制仿真單位電流最大轉(zhuǎn)矩控制是永磁同步電動(dòng)機(jī)用得較多的一種電流控制策略, 其要求在電機(jī)輸出給定力矩條件下, 控制定子電流的模值最小。仿真中使用的永磁同步電動(dòng)機(jī)的模型參數(shù)見表2表2 永磁同步電動(dòng)機(jī)模型的參數(shù)定子電阻Rs(Ω)直軸電感Ld(mH)交軸電感Lq（mH）額定電壓U(v)額定轉(zhuǎn)矩T（）永磁體磁鏈Ψf(wb)極對(duì)數(shù)p6轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J()摩擦阻力系數(shù)F（N）0本節(jié)給出了永磁同步電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩\電流系統(tǒng)仿真Simulink結(jié)構(gòu)框圖。整個(gè)系統(tǒng)包括電壓型逆變電路、電流檢測(cè)電路、PWM 波形發(fā)生模塊、位置檢測(cè)模塊、電壓調(diào)節(jié)模塊、電流調(diào)節(jié)器、位置控制器、速度控制器、轉(zhuǎn)矩控制器，、Park變換、反Park變換、Clark變換、Clark變換等。 最大轉(zhuǎn)矩\電流系統(tǒng)仿真Simulink結(jié)構(gòu)框圖 svpwm控制框圖 仿真波形在上圖中第一欄是三相電流波形；第二欄是轉(zhuǎn)速波形，給定電機(jī)轉(zhuǎn)速n=3000rad/s；第三欄是機(jī)械轉(zhuǎn)角；第四欄是轉(zhuǎn)矩波形；給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩是20Nm。仿真中，指令速度值為n=3000rad/s，在t =，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在指定值n=3000rad/s，并且不受影響；電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩在初始運(yùn)行時(shí)突增到150 Nm。直軸電壓Ud、。 Vd、Vq波形單位電流最大轉(zhuǎn)矩控制最大限度地利用了磁阻力矩,提高了單位電流的力矩輸出能力,在輸出相同力矩時(shí),減小了定子電流,從而減小了電機(jī)的銅耗,提高了系統(tǒng)的效率。又考慮到電動(dòng)汽車低速時(shí)要求較大的轉(zhuǎn)矩,采用單位電流最大力矩的電流控制策略作為基速以下的電流控制策略。最大轉(zhuǎn)矩/電流控制可以較好的對(duì)電動(dòng)汽車電機(jī)低速時(shí)的電流進(jìn)行控制,電流畸變小,而且電機(jī)的轉(zhuǎn)矩利用率高。電流小,減輕了電動(dòng)汽車蓄電池的供電壓力,是一種適合電動(dòng)汽車用PMSM低速運(yùn)行時(shí)的電流控制方式。系統(tǒng)中主要包括：磁通觀測(cè)器、磁通給定電路、弱磁補(bǔ)償，其他環(huán)節(jié)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向弱磁控制相同。 氣隙磁場(chǎng)定向弱磁控制仿真框圖，當(dāng)電動(dòng)機(jī)為空載時(shí)，給定電角速度為=，a)電角速度ωe響應(yīng)曲線 b)磁通偏移量響應(yīng)曲線 C）氣隙磁通響應(yīng)曲線 d)負(fù)載角響應(yīng)曲線 空載時(shí)，電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，ωe可以達(dá)到給定值2826rad /s，在t =，磁通偏移量逐漸由0變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)，產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)ωe的轉(zhuǎn)折速度約為1350rad /s，超過了基速值1150rad /s；當(dāng)t ，反向增大，減小，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入弱磁工作模式，ωe開始升高。由于是空載，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，負(fù)載角δ=0。a)電角速度ωe響應(yīng)曲線 b)磁通偏移量響應(yīng)曲線C）氣隙磁通響應(yīng)曲線 d)負(fù)載角響應(yīng)曲線d)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后A相電流 負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=10Nm時(shí)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩T =10N m，電角速度=2826rad/s。在t =1s，達(dá)到轉(zhuǎn)折速度，此后，氣隙磁通會(huì)逐漸減小，使得轉(zhuǎn)速逐漸升高，但是轉(zhuǎn)速過渡不是很平滑。由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩T =10Nm，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，負(fù)載角δ=，但是負(fù)載角δ的變化是抖動(dòng)的，不穩(wěn)定，因此影響了系統(tǒng)的控制效果。當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，A相電流基本是正弦波。通過以上仿真分析，基本上驗(yàn)證了氣隙磁場(chǎng)定向弱磁控制的可行性。不過要獲得較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，需要對(duì)各控制器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，此外對(duì)負(fù)載角的控制需要今后進(jìn)一步的研究。5 總結(jié)與體會(huì)電動(dòng)汽車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的研究熱點(diǎn)，永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用。本文對(duì)電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，開發(fā)了以 DSPTMs320LF2407A為核心的全速范圍矢量控制系統(tǒng)。本論文詳細(xì)討論了永磁同步電動(dòng)機(jī)的矢量控制，在推導(dǎo)其精確數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動(dòng)機(jī)控制的幾種電路控制策略，包括了id=0控制、cosφ=1控制，以及最大轉(zhuǎn)矩/電流控制方式等。弱磁控制是永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制又一方面，論文分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的原理以及弱磁擴(kuò)速困難的原因，并由此提出了三種特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的新弱磁方案：轉(zhuǎn)子復(fù)合式永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁方案，復(fù)合勵(lì)磁永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁方案和漏磁路弱磁電機(jī)。以上述控制策略為基礎(chǔ)，本文完成了電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件平臺(tái)的搭建工作，主要包括系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)和以DSP TMS320LF2407A為核心的控制電路設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。從軟件設(shè)計(jì)方面說(shuō)明了完成PMSM矢量控制必須完成的工作，并給出了轉(zhuǎn)子位置和速度檢測(cè)的方法。最后，對(duì)本文所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用電機(jī)控制系統(tǒng)用Matlab進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明:本文所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，采用本文所提出的弱磁控制具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，可以滿足系統(tǒng)弱磁性能要求，能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的寬速，高效運(yùn)行。由于筆者自身水平及時(shí)間有限，對(duì)該課題中的許多方面沒有進(jìn)行深入研究，因