基于模糊控制的纯电动汽车无刷直流电机驱动系统的研究

【摘要】：从上世纪80年代开始,世界各国经济的快速发展使得汽车保有量迅速地增加,而目前绝大部分数量的汽车都是以燃油作为能量的来源,在石油资源严重缺乏的当今社会,这导致了全球石油危机的持续地蔓延和加重,石油价格也因此居高不下；同时,汽车尾气大量的排放造成的大气污染问题也日趋严重,这迫使石油消耗大国积极寻找替代能源,开发节能技术,并且越来越多的国家努力研制新能源汽车。其中,倡导并鼓励研发使用 的新能源汽车,代表了世界汽车业发展的方向,也符合我国的国情。 本文以纯电动汽车的驱动系统作为研究对象,分析纯电动汽车驱动系统以及驱动系统最重要的部件——无刷直流电机控制方法。由于传统的PI控制只能局限于在线性系统中使用,对于像无刷直流电机驱动系统这类复杂的、无法建立非常精确的数学模型的控制对象就无能为力了；而使用模糊控制并不用建立非常准确的数学模型,所以将传统的PI控制方法与模糊控制方法结合起来,用于无刷直流电机速度控制系统。其中,模糊推理的输入是以无刷直流电机的实时检测到的转速和电机初始的转速之间的偏差和偏差变化率,这样,PI的参数就可以实时、在线进行整定,从而可以实现对无刷直流电机良好的控制。 同时,本文设计了以TMS320F2812 DSP芯片为控制核心的部分系统硬件和软件。TMS320F2812 DSP芯片是一款知名度、性能都非常高的DSP芯片,非常适用于需要快速处理种类复杂数据的无刷直流电机的驱动系统中。在驱动系统的软件部分,DSP芯片的集成开发环境采用的是美国德州仪器公司推出的CCS代码调试器,它的操作界面类似于Windows视窗,很容易上手操作,是目前使用最广泛的DSP开发软件。 在分析无刷直流电机数学模型的基础上,用Matlab 7.11的simulink建立无刷直流电机控制驱动系统的仿真模型,对模糊PI控制算法进行验证,得出系统相关参数仿真波形,由此证明了仿真模型的准确性及控制算法的有效性。 仿真结果表明：与传统的PI控制相比,本文采用的模糊PI控制方法的控制精度高,响应速度快,鲁棒性强,满足无刷直流电机调速系统的控制要求。 【关键词】：纯电动汽车 无刷直流电机 Simulink仿真 模糊控制
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM33
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的背景和意义9-11
• 1.2 国内外纯电动汽车的研究现状分析11-14
• 1.3 纯电动汽车的发展趋势14-15
• 1.4 本文研究的目标和内容15-17
• 第2章 纯电动汽车的驱动系统17-23
• 2.1 纯电动汽车驱动系统研究的必要性17
• 2.2 纯电动汽车的基本结构17-18
• 2.3 电动车驱动系统的基本结构18-20
• 2.4 驱动电机的种类20-23
• 2.4.1 直流有刷电动机20
• 2.4.2 交流感应电动机20-21
• 2.4.3 开关磁阻电动机21
• 2.4.4 无刷直流电动机21-23
• 第3章 驱动电机及驱动系统数学模型23-32
• 3.1 无刷直流电机的结构和工作原理23-24
• 3.2 无刷直流电机的数学模型24-26
• 3.2.1 反电势动方程25-26
• 3.2.2 电磁转矩方程26
• 3.3 无刷直流电机的特性分析26-28
• 3.3.1 机械特性26-28
• 3.3.2 调节特性28
• 3.4 无刷直流电机的驱动控制策略28-30
• 3.4.1 电压控制策略29
• 3.4.2 转速控制策略29
• 3.4.3 力矩控制策略29-30
• 3.5 驱动系统的数学模型建立30-32
• 第4章 驱动系统控制器的硬件及电路设计32-41
• 4.1 电机驱动控制器的设计与实现32-33
• 4.2 逆变电路和驱动电路的设计33-38
• 4.2.1 转子的位置检测电路35-36
• 4.2.2 系统保护电路36-38
• 4.3 电源电压检测电路38
• 4.4 电枢电流检测电路38-41
• 第5章 驱动系统模糊PI控制器的设计41-52
• 5.1 传统PI控制41
• 5.2 模糊PI控制41-43
• 5.3 模糊PI控制器的设计43-52
• 5.3.1 模糊PI控制器的结构设计43-44
• 5.3.2 模糊控制器的维数44-45
• 5.3.3 模糊控制器的模糊化设计45-47
• 5.3.4 模糊PI控制器控制规则表的设计47-50
• 5.3.5 反模糊化50-51
• 5.3.6 模糊PI控制查询表的制定51-52
• 第6章 基于模糊控制的驱动系统仿真52-63
• 6.1 无刷直流电机控制系统的仿真设计52-53
• 6.2 无刷直流电机仿真模块53-57
• 6.2.1 电机模块53-54
• 6.2.2 机械运动模块54
• 6.2.3 电流控制模块54-55
• 6.2.4 速度模糊PI控制模块55-57
• 6.3 无刷直流电机电机的仿真57-60
• 6.4 驱动系统的仿真60-63
• 第7章 驱动系统的软件设计63-70
• 7.1 DSP集成开发环境63-64
• 7.1.1 CCS的简介63
• 7.1.2 CCS代码开发流程图63-64
• 7.2 控制系统的软件设计64-70
• 7.2.1 控制系统的整体结构64-65
• 7.2.2 位置信号的处理65-66
• 7.2.3 速度计算66
• 7.2.4 PWM波的产生66-67
• 7.2.5 速度模糊PI调节67-68
• 7.2.6 电流PI调节68-70
• 第8章 总结70-72
• 参考文献72-75
• 致谢75

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