【正文】 最高時速為90km，一 次充電可行駛115km，是一款適合未來城市道路行駛的家庭轎車。 電動汽車的發(fā)展趨勢1) 純蓄電池驅(qū)動的超微型汽車 這種汽車降低了汽車的動力性和續(xù)駛里程的要求 ，充電過程比較簡單 ，車速不高 ，較適合于市內(nèi)或社區(qū)小范圍內(nèi)使用。北京理工大學等單位初步完成了北京理工科凌電動車輛股份有限公司密云電動車輛產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基地的建設(shè) ，并于2003年12月30日順利通過北京市公共交通總公司組織的示范運行車組驗收。目前純電動轎車和純電動客車均已通過國家質(zhì)檢中心的型式認證試驗，各項指標均滿足有關(guān)國家標準和企業(yè)標準的規(guī)定。經(jīng)過國家檢測機構(gòu)測試，動力性能接近參考車的水平，綜合油耗降低接近17％，排放達到歐Ⅲ標準。2003 年11月8日，湖北省啟動武漢電動汽車試驗示范運行工作，先后投入6輛由東風電動車輛股份有限公司研制的混合動力客車，已累計運行14萬k m，載客15萬人次 ；混合動力轎車按ECE城市工況與基本車型進行的對比試驗顯示，其燃料經(jīng)濟性提高40％左 右 ，達到了節(jié)油的目的。一汽、東風、長安、奇瑞等汽車公司對此都投入了較大的人力、物力。在10月舉行的必比登世界清潔汽車挑戰(zhàn)賽上，我國自主研發(fā)的燃料電池轎車在7個單項獎中獲得5個A ( 在高速蛇行障礙賽、噪音、排放、能耗、溫室氣體減排5個單項指標方面的最高等級)的好成績，燃料電池城市客車也以較高的技術(shù)性能和可靠性在挑戰(zhàn)賽中取得了良好的成績。均采用電—電混合驅(qū)動方案 ，在整車操控性能、行駛性能、安全性能、燃料利用率等方面均已得到較大提高。燃料電池汽車已經(jīng)成功開發(fā)出性能樣車，燃料電池轎車累計運行4000 k m，燃料電池客車累計運行8000k m；混合動力客車已在武漢等地公交線路上試驗運行超過14萬k m；純電動轎車和純電動客車均已通過國家有關(guān)認證試驗。為此，從2001年10月起。與世界其他國家一樣，電動汽車研發(fā)工作在我國也正在如火如荼的進行著。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)已推出三款混合動力概念車GM Precept、Ford Prodigy、Daimler Chrysler Dodge ESX3 。美國的汽車公司在電動汽車產(chǎn)業(yè)化方面比來自日本的同行遜色不少，三大汽車公司僅僅小批量生產(chǎn)、銷售過純電動汽車，而混合動力和燃料電池電動汽車目前還未能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，來自日本的混和動力電動汽車在美國市場上占據(jù)了主導地位。2002年4 月，本田汽車公司在美國市場上投放了Civic混合動力汽車。豐田汽車公司在普及混合動力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進行駛性能方面已經(jīng)走在了世界的前列。PRIUS混合動力轎車將在同年進入中國市場。有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示 ，豐田汽車公司已占有全球混合動力汽車市場9 0％的份額。目前推出的產(chǎn)品已經(jīng)是多次改進后的第二代產(chǎn)品，其生產(chǎn)工藝更為成熟。1997年12月，豐田汽車公司首先在日本市場上推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動力轎車PRIUS。從目前世界范圍內(nèi)的整個形勢來看 ，日本是電動汽車技術(shù)發(fā)展速度最快的少數(shù)幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面，日本居世界領(lǐng)先地位。開發(fā)出一系列機電一體化—集驅(qū)動、制動、測速、轉(zhuǎn)向為一體的高度集成化的驅(qū)動模塊，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能車用永磁電機系統(tǒng)，可以加快我國電動汽車的產(chǎn)業(yè)化進程。因此，開發(fā)與電動汽車整機配套的永磁電機調(diào)速系統(tǒng)具有現(xiàn)實可行的意義。目前，國內(nèi)外電動汽車用電機系統(tǒng)涵蓋了交流感應(yīng)、永磁電機、開關(guān)磁阻等各種類型。電動汽車這一驅(qū)動功能的實現(xiàn)涉及電機、電力電子、微處理器、蓄電池等多學科技術(shù)領(lǐng)域，是趕超世界汽車行業(yè)先進水平的關(guān)鍵。其中關(guān)鍵問題是一次充電續(xù)行里程和價格，目前在車載蓄電池技術(shù)未能突破的條件下，電動汽車調(diào)速系統(tǒng)是實現(xiàn)電動汽車基本性能和解決這一關(guān)鍵問題的重要因素。高性能調(diào)速系統(tǒng)(包括多種電動機系統(tǒng)及內(nèi)燃機系統(tǒng))研制；整車性能優(yōu)化及集成管理單元的開發(fā)等。到“十五”末期我國在電動汽車的三大領(lǐng)域(電池、電機、電控系統(tǒng))等方面取得了一定突破；己經(jīng)具備了自主開發(fā)電機產(chǎn)品的基本能力，開發(fā)出包括交流感應(yīng)、開關(guān)磁阻、直流無刷、永磁磁阻同步等各種類型電機，雖然在電機系統(tǒng)研究上取得了相應(yīng)的進展，在整車控制器方面也積累了一定的經(jīng)驗，但控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能還有待于進一步的調(diào)整和完善。同時，電動汽車的發(fā)展可迅速縮短我國與發(fā)達國家在重要工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)—汽車工業(yè)的差距，并可帶動一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。我國機動車排放引起的環(huán)境污染日趨嚴重，極大地影響著人們的生活質(zhì)量。各種電動汽車頻頻涌現(xiàn)，并迅速推上市場。它在行駛過程中沒有污染，熱輻射低，噪音小，不消耗汽油，可應(yīng)用多種能源，結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，因此受到世界各國的歡迎。它以電力為動力，可以解決石油資源日漸枯竭的問題。電動汽車由于具有低排放甚至零排放、低噪聲和節(jié)能等優(yōu)點，成為當今汽車研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用的熱點之一。汽車的發(fā)展時刻面臨著安全、環(huán)保和節(jié)能三大主題。關(guān)鍵詞：永磁同步電動機；矢量控制；弱磁控制；控制器AbstractThis dissertation is devoted to the study on Permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive system for electric vehicle (EV) application. It is mainly to improve the control of motors, then expand the scope of the motor speed. PMSM has the advantage of small volume, high efficiency and power density, especially inner permanent magnet synchronous motor have the ability of wide fieldweakened operation. Therefore there search on PMSM has entered a new stage since the 1980’s with the improvement of ratio between the performance and the price of the rare earths PM material and the development of the power electronics devices. Vector control (VC) theory is a great breakthrough in the AC speed control field. Also details of the VC of PMSM is presented in the paper，and the analysis of several circuit control strategies of VC theory applied to the PMSM control，which include the id=0 control，cosφ =1 control and the max torque/current control. The paper discusses the theory of weaking flux speed control of PMSM which is a new development direction. Then it brings out three new weaking flux plans，which have special rotor structures. This dissertation is devoted to the study of hardware on PMSM drive system for EV application. Based on TI pany DSP specialdesigned for motor control on TMS320LF2407A designs and develops a fulldigital PMSM vector control system, and hardware of the system is acplished. Finally, the experiment has been done for the drive which design in the paper. Result of the experiment indicate validity of the fieldweakening method which introduced in the paper.Key word : PMSM Vector control fieldweakened operation controller目 錄1 緒論 3 課題背景及意義 3 5 國內(nèi)外主要國家電動汽車發(fā)展情況 5 電動汽車的發(fā)展趨勢 7 永磁同步電動機弱磁控制研究現(xiàn)狀 8 8 9 課題主要工作 92 電動汽車永磁同步電動機弱磁調(diào)速控制策略分析 10 永磁同步電動及數(shù)學模型 10 永磁同步電動機矢量控制原理 15 永磁同步電動機矢量控制基本電磁關(guān)系 16 電壓極限橢圓 16 電流極限圓 18 恒轉(zhuǎn)矩軌跡 18 最大轉(zhuǎn)矩/電流軌跡 19 永磁同步電動電流控制策略 19 id=0控制 19 控制 21 最大轉(zhuǎn)矩/電流控制 22 25 永磁同步電動機的弱磁控制 26 永磁同步電動機弱磁控制的基本原理 26 最大輸入功率弱磁控制 29 永磁同步電動機弱磁擴速能力的提高 30 永磁同步電動機弱磁擴速困難原因分析 31 永磁同步電動機弱磁擴速方案 32 本章小結(jié) 343 電動汽車用永磁同步電動機的DSP控制 34 35 基于TMS320LF2407A DSP的電動汽車電機調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計 35 速度給定模塊 36 電機相電流檢測電路 37 位置檢測接口電路 38 PWM信號輸出及動作保護電路 39 軟件控制簡要說明 40 轉(zhuǎn)子位置與速度檢測 41 轉(zhuǎn)子位置檢測 42 轉(zhuǎn)子速度檢測 43 最小和最大轉(zhuǎn)速計算 431 緒論 課題背景及意義汽車自1866年誕生以來，應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為衡量一個國家物質(zhì)生活和科學技術(shù)發(fā)展水平的重要標志，汽車工業(yè)己經(jīng)成為世界經(jīng)濟和各國經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。以TI公司專用于電機控制的TMS320LF2407A型數(shù)字信號處理器(DSP)作為核心，開發(fā)了全數(shù)字化的PMSM矢量控制調(diào)速系統(tǒng)，并完成相應(yīng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計。論文分析了永磁同步電動機弱磁調(diào)速原理，提出了三種特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的新弱磁方案。本論文詳細討論了永磁同步電動機的矢量控制，在推導其精確數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，分析了永磁同步電動機的幾種矢量控制策略，包括了id=0控制、cosφ=1控制以及最大轉(zhuǎn)矩/電流控制方式。上個世紀80年代以來，隨著稀土永磁材料性價比的不斷提高，以及電力電子器件的快速發(fā)展，永磁同步電動機的研究也進入了一個新的階段。 摘 要本文圍繞電動汽車用永磁同步電動機(PMSM)調(diào)速系統(tǒng)展開工作，主要從控制角度研究擴展PMSM的調(diào)速范圍。永磁同步電動機具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點，特別是內(nèi)置式PMSM具有較寬的弱磁調(diào)速能力。矢量控制理論是交流調(diào)速領(lǐng)域的一個重大突破。弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制的前沿課題。本文還圍繞電動汽車用永磁同步電動機調(diào)速系統(tǒng)的硬件開發(fā)展開工作。最后對所設(shè)計的電動汽車用永磁同步電動機驅(qū)動系統(tǒng)進行了初步的實驗驗證，表明采用本文所提出的全速范圍弱磁控制算法具有較快的動態(tài)響應(yīng)速度，可以滿足調(diào)速系統(tǒng)弱磁性能要求。汽車帶給人們方便、快捷和舒適的現(xiàn)代生活的同時，也帶來了日益增多的交通安全問題、日趨嚴重的環(huán)境污染和潛在的能源危機。世界各國政府和科技工作者都在探索新途徑，一方面控制汽車污染物的排放降低油耗，世界各大汽車公司均積極研發(fā)和應(yīng)用排放新技術(shù)，如三元催化器、廢氣再循環(huán)、柴油機廢氣煙霧微粒過濾裝置等，另一方面推進各種汽車清潔技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，各種超低排放汽車不斷面世，如電動汽車、清潔燃料汽車等。現(xiàn)代電動汽車是融合了電力、電子、機械控制以及化工技術(shù)等多種高新技術(shù)的綜合產(chǎn)品，是21世紀清潔有效的城市交通工具。作為清潔、節(jié)能的新型交通工具，電動車具有無與倫比的優(yōu)勢，是唯一可以做到“零排放”的車輛。開發(fā)高性能、無污染的電動汽車得到各國政府、汽車制造商、科研院所的高度重視，紛紛制定電動汽車研制計劃，掀起全球范圍內(nèi)的電動汽車開發(fā)熱潮。電動汽車的研制開發(fā)對我國具有更為重要的意義。中國是一個多煤少油的國家，自1994年起，中國已成為純石油進口國。因此電動汽車的研究開發(fā)得到我國政府的高度重視。主要有:高性能動力電池系統(tǒng)的開發(fā)。電動汽車面臨的主要問題有：續(xù)駛里程有限，蓄電池使用壽命太短，蓄電池尺寸和質(zhì)量的制約，電動汽車價格昂貴，間接污染嚴重等。這要求電動汽車調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)具有盡可能高的轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩控制能力、高的運行可靠性及在整個電動汽車調(diào)速范圍內(nèi)具有盡可能高的效率。因此，對電動汽車調(diào)速系統(tǒng)的研究開發(fā)具有重要的社會意義和工程實際意義。其中永磁電機具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、低噪聲的特點，通過合理設(shè)計磁路結(jié)構(gòu)能夠獲得較高的弱磁性能，在電動汽車特別是高檔電動汽車驅(qū)動方面具有很高的應(yīng)用價值，作為電動汽車用永磁電機調(diào)速系統(tǒng)，可實現(xiàn)機電一體化和集成化，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可實現(xiàn)制動能量回收、系統(tǒng)響應(yīng)時間短、轉(zhuǎn)矩控制準確等優(yōu)點，改善了車輛的性能。此外，我國在稀土永磁材料領(lǐng)域具有得天獨厚的資源優(yōu)勢。 國內(nèi)外主要國家電動汽車發(fā)展概況一直以來 ，出于對能源危機和環(huán)境保護的關(guān)注及占領(lǐng)未來世界汽車市場的考慮 ，日本十分重視電動汽車的研制與開發(fā)。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。該轎車于2000年7月開始出口