【正文】 發(fā)合 同 ，其中通用汽車(chē)公司投入 億美元 ，福特汽車(chē)公司投入 億美元 ，克萊斯勒汽車(chē)公司投入 8480 萬(wàn)美元 ，進(jìn)行為期 5 年的研制開(kāi)發(fā)工作 ，并于 1998年北美國(guó)際汽車(chē)展上展出了樣車(chē) 。日產(chǎn)汽車(chē)公司于 20xx年向美國(guó)市場(chǎng)銷(xiāo)售 Ahima 牌混合動(dòng)力汽車(chē)，這是其于 20xx 年與豐田汽車(chē)公司簽署聯(lián)合生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車(chē)協(xié)議的第一個(gè)產(chǎn)品。此外 ， 本田汽車(chē)公司開(kāi)發(fā)的 Insight 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)也已投放市場(chǎng) ， 供不應(yīng)求。 繼 PRIUS 混合動(dòng)力轎車(chē)之后 ，豐田汽車(chē)公司還推出了 ESTIMA 混合動(dòng)力汽車(chē)和搭載軟混合動(dòng)力系統(tǒng)的 CROWN 轎車(chē)。 20xx 年 9 月 15 日 ，一汽集團(tuán)與日本豐田汽車(chē)公司在北京舉行了混合動(dòng)力汽車(chē)合作項(xiàng)目簽字儀式 ，宣布雙方在 20xx 年內(nèi)，共同生產(chǎn)豐田 PRIUS 混 合動(dòng)力轎車(chē)。 根據(jù)豐田汽車(chē)公司的測(cè)試 ， PRIUS 轎車(chē)在城市工況下比同等排量的花冠轎車(chē)節(jié)油 %；在市郊節(jié)油 ％，綜合節(jié)油％。該轎車(chē)于 20xx 年 7 月開(kāi)始出口北美，同年 9 月開(kāi)始出口歐洲 ，到 20xx年 已經(jīng)在全世界 2 0 多個(gè)國(guó)家上市銷(xiāo)售。目前，世界上能夠批量產(chǎn)銷(xiāo)混合動(dòng)力汽車(chē)的企業(yè) ，只有日本的豐田和本田兩家汽車(chē)公司。 電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外主要國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展 概 況 一直以來(lái) ，出于對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)的關(guān)注及占領(lǐng)未來(lái)世界汽車(chē)市場(chǎng)的 考慮 ，日本十分重視電 動(dòng)汽車(chē)的研制與開(kāi)發(fā)。 此外，我國(guó)在稀土永磁材料領(lǐng)域具有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)。其中永磁電機(jī)具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、低噪聲的特點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)磁路結(jié)構(gòu)能夠獲得較高的弱磁性能，在電動(dòng)汽車(chē)特別是高檔電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)方面具有很高的應(yīng)用價(jià)值，作為電動(dòng)汽車(chē)用永磁電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和集成化，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可 實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間短、轉(zhuǎn)矩控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，改善了車(chē)輛的性能。因此，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)調(diào)速系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)具有重要的社會(huì)意義和工程實(shí)際意義。這要求電動(dòng)汽車(chē)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(yùn)行可靠性及在整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)調(diào)速范圍內(nèi)具有盡可能高的效 率。 電動(dòng)汽車(chē)面臨的主要問(wèn)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(dòng)汽車(chē)價(jià)格昂貴，間接污染嚴(yán)重等。 主要有 :高性能動(dòng)力電池系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 。因此電動(dòng)汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)得到我國(guó)政府的高度重視。中國(guó)是一個(gè)多煤少油的國(guó)家，自 1994 年起，中國(guó)已成為純石油進(jìn)口國(guó)。 電動(dòng)汽車(chē)的研制開(kāi)發(fā)對(duì)我國(guó)具有更為重要的意義。 開(kāi)發(fā)高性能、無(wú)污染的電動(dòng)汽車(chē)得到各國(guó)政府、汽車(chē)制造商、科研院所的高度重視，紛紛制定電動(dòng)汽車(chē)研制計(jì)劃，掀起全球范圍內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)熱潮。作為清潔、節(jié) 能的新型交通工具，電動(dòng)車(chē)具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，是唯一可以做到 “ 零排放 ” 的車(chē)輛。 現(xiàn)代電動(dòng)汽車(chē)是融合了電力、電子、機(jī)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(jì)清潔有效的城市交通工具。世界各國(guó)政府和科技工作者都在探索 新途徑，一方面控制汽車(chē)污染物的排放降低油耗，世界各大汽車(chē)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(jī)廢氣煙霧微粒過(guò)濾裝置等，另一方面推進(jìn)各種汽車(chē)清潔技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，各種超低排放汽車(chē)不斷面世，如電動(dòng)汽車(chē)、清潔燃料汽車(chē)等。汽車(chē)帶給人們方便、快捷和舒適的現(xiàn)代生活的同時(shí)，也帶來(lái)了日益增多的交通安全問(wèn)題、日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染和潛在的能源危機(jī)。 48 最小和最大轉(zhuǎn)速計(jì)算 47 轉(zhuǎn)子速度檢測(cè) 46 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè) 44 PWM 信號(hào)輸出及動(dòng)作保護(hù)電路 42 位置檢測(cè)接口電路 40 基于 TMS320LF2407A DSP 的電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 40 電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 38 3 電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電動(dòng)機(jī)的 DSP 控制 33 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速困難原因分析 32 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速能力的提高 29 永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制 24 最大轉(zhuǎn)矩 /電流控制 22 id=0 控制 21 最大轉(zhuǎn)矩 /電流軌跡 19 電流極限圓 19 電壓極限橢圓 10 從電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁能力 9 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制研究現(xiàn)狀 6 國(guó)內(nèi)外主要國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展情況 5 電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 關(guān)鍵詞 ： 永磁同步電動(dòng)機(jī)； 矢量控制；弱磁控制 ；控制器 Abstract This dissertation is devoted to the study on Permanent mag 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 mag 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 以 TI 公司專(zhuān)用于電機(jī)控制的 TMS320LF2407A 型數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)作為核心，開(kāi)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(jì)。 論文分析了永 磁同步電動(dòng)機(jī)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(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 ， 分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)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(gè)世紀(jì)80 年代 以來(lái) ，隨著 稀土 永磁材料性?xún)r(jià)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(dòng)機(jī)的研究也進(jìn)入了一個(gè)新的階段。 摘 要 本文圍繞電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電動(dòng)機(jī) (PMSM)調(diào)速系 統(tǒng)展開(kāi)工作，主要從 控制角度研究 擴(kuò)展 PMSM 的 調(diào)速范圍。永磁同步電 動(dòng) 機(jī)具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點(diǎn) ，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(gè)重大突破 。弱磁控制是永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制 的前沿課題。 本文 還 圍繞電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的硬件 開(kāi)發(fā)展開(kāi)工作 。最后對(duì)所設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了初步的 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(dòng) 態(tài)響應(yīng)速度，可以滿(mǎn)足調(diào)速系統(tǒng)弱磁性能要求。5 課題背景及意義 6 電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì) 10 從改進(jìn)控制方法角度提高永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁能力 11 課題主要工作 11 2 電動(dòng)汽車(chē)永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速控制策略分析 13 永磁同步電動(dòng)及數(shù)學(xué)模型 13 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制原理 18 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制基本電磁關(guān)系 21 恒轉(zhuǎn)矩軌跡 22 永磁同步電動(dòng)電流控制策略 23 1cos ?? 控制 25 三種電流控制策略的比較 29 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁控制的基本原理 29 最大輸入功率弱磁控制 34 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速方案 35 本章小結(jié) 41 速度給定模塊 42 電機(jī)相電流檢測(cè)電路 44 軟件控制簡(jiǎn)要說(shuō)明 45 轉(zhuǎn)子位置與速度檢測(cè) 48 1 緒論 課題背景及意義 汽車(chē)自 1866 年誕生以來(lái)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家物質(zhì)生活和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，汽車(chē)工業(yè)己經(jīng)成為世界經(jīng)濟(jì)和各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)。汽車(chē)的發(fā)展時(shí)刻面臨著安全、環(huán)保和節(jié)能三大主題。電動(dòng)汽車(chē)由于具有低排放甚至零排放、低噪聲和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今汽車(chē)研究、開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。它以電力為動(dòng)力，可以解決石油資源日漸枯竭的問(wèn)題。它在行駛過(guò)程中沒(méi)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(jiǎn)單，使用維修方便，因此受到世界各國(guó)的歡迎。各種電動(dòng)汽車(chē)頻頻涌現(xiàn)，并迅速推上市場(chǎng)。我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)排放引起的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，極大地影響著人們的生活質(zhì)量。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展可迅速縮短我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在重要工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè) —汽車(chē)工業(yè)的差距，并可帶動(dòng)一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展。 到 “ 十五 ” 末期我國(guó)在電動(dòng)汽車(chē)的三大領(lǐng)域 (電池、電機(jī)、電控系統(tǒng) )等方面 取得了一定突破 ； 己經(jīng)具備了自主開(kāi)發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的基本能力，開(kāi)發(fā)出包括交流感應(yīng)、開(kāi)關(guān)磁阻、直流無(wú)刷、永磁磁阻同步等各種類(lèi)型電機(jī)，雖然在電機(jī)系統(tǒng)研究上取得了相應(yīng)的進(jìn)展，在整車(chē)控制器方面也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能還有待于進(jìn)一步的調(diào)整和完善。高性能調(diào)速系統(tǒng) (包括多種電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng) )研制 ； 整車(chē)性能優(yōu)化及集成管理單元的開(kāi)發(fā)等。其中 關(guān)鍵問(wèn)題是一次充電續(xù)行里程和價(jià)格，目前在車(chē)載蓄電池技術(shù)未能突破的條件下，電動(dòng)汽車(chē)調(diào)速系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)基本性