混合动力汽车电动机/发电机一体化控制系统研究

【摘要】：电机控制系统是混合动力汽车的核心系统，负责控制电机工作在电动机状态或发电机状态以及各状态下的最优工作方式。良好的电机控制系统，能够使电机工作的效率及性能大幅度提升。国外对混合动力汽车电机控制系统的研究以丰田公司较为突出并已实现量产，国内在这方面还处于研发阶段。为了加速克服技术难点，实现技术的自主化，本文针对混合动力汽车电动机/发电机一体化控制系统进行了研究。 本文按照理论分析、仿真验证、实际设计、台架验证四个步骤完成整个控制系统的研究工作。在理论分析方面：首先对各种电机进行对比分析，选择永磁同步电机作为混合动力汽车电动、发电一体化的电机，然后针对所选择的电机及电机工作状态选择了class=0及弱磁矢量控制策略，最后对所选电机进行数学建模及控制策略的理论分析；以理论分析为基础，使用Matlab/Simulink建立整个一体化控制系统模型，通过仿真结果验证理论的可行性；按照系统要求、仿真及理论分析结果，确定控制器的功能及功率要求等，完成各个功能电路的设计、调试以及整个控制器硬件电路的制作；根据实验需求，采用两电机串联的形式建立台架并进行实验，通过电动和发电状态试验数据的分析，验证整个控制系统的性能，完成对整个系统的研究工作。实验结果证明，所实现的系统能够满足基本的设计要求。 【关键词】：电动机/发电机一体化 混合动力汽车 永磁同步电机 矢量控制 控制器设计
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 课题的研究背景及意义9-10
• 1.2 ISG 汽车发展现状10-11
• 1.2.1 国外研发现状10
• 1.2.2 国内研发现状10-11
• 1.3 ISG 电机及其控制策略11-15
• 1.3.1 ISG 电机11-13
• 1.3.2 ISG 电机控制策略13-15
• 1.4 本论文研究主要内容15-16
• 第2章 电机数学模型与控制策略16-34
• 2.1 基本结构16-17
• 2.2 坐标变换17-19
• 2.2.1 Clarke 变换17-18
• 2.2.2 Park 变换18-19
• 2.3 PMSM 数学模型建立19-23
• 2.3.1 ABC 坐标系下数学模型19-21
• 2.3.2 坐标系下数学模型21-22
• 2.3.3 dq 坐标系下数学模型22-23
• 2.4 控制策略23-27
• 2.4.1 电动状态的控制策略23-24
• 2.4.2 发电状态的控制策略24-27
• 2.5 空间电压矢量脉宽调制27-33
• 2.5.1 基本电压矢量27-30
• 2.5.2 任意矢量合成30-32
• 2.5.3 SVPWM 调制32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 电动机/发电机一体化系统仿真34-46
• 3.1 系统模型建立34
• 3.2 仿真模块建立34-41
• 3.2.1 坐标变换模块34-36
• 3.2.2 一体化电机模型36-37
• 3.2.3 控制模块37-38
• 3.2.4 PI 调节、电池保护模块38
• 3.2.5 SVPWM 模块38-41
• 3.3 仿真结果及分析41-45
• 3.3.1 电动运行42-43
• 3.3.2 发电状态43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 系统硬件设计46-60
• 4.1 一体化控制系统硬件概述46
• 4.2 控制板电路46-53
• 4.2.1 最小系统电路46-48
• 4.2.2 代码下载及编译接口电路48-50
• 4.2.3 旋转变压器电路50
• 4.2.4 光电编码接口电路50-51
• 4.2.5 CAN 总线电路51
• 4.2.6 RS232 电路51-52
• 4.2.7 SD 卡接口电路52
• 4.2.8 EPROM 电路52-53
• 4.3 功率板电路53-59
• 4.3.1 三相桥变换器电路53-54
• 4.3.2 驱动电路54-56
• 4.3.3 驱动电源电路56-57
• 4.3.4 检测电路57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第5章 软件设计60-85
• 5.1 创建 DAVE 工程60-61
• 5.2 模块配置61-65
• 5.2.1 CAN 模块62
• 5.2.2 ADC 模块初始化62
• 5.2.3 USIC 模块初始化62-63
• 5.2.4 GPT 模块初始化63-64
• 5.2.5 CCU6 模块初始化64-65
• 5.3 代码自动生成65-66
• 5.4 个人代码加入66-76
• 5.4.1 读取旋变程序67-68
• 5.4.2 读取电流程序68-70
• 5.4.3 Clarke、Park 变换程序70
• 5.4.4 控制策略选择70-74
• 5.4.5 Park 反变换程序74-75
• 5.4.6 SVPWM 调节程序75-76
• 5.5 调试上位机软件76-79
• 5.5.1 CAN 卡76
• 5.5.2 上位机软件76-79
• 5.6 台架实验79-84
• 5.6.1 台架结构79-80
• 5.6.2 实验结果分析80-84
• 5.7 本章总结84-85
• 第6章 总结与展望85-87
• 6.1 研究总结85-86
• 6.2 研究展望86-87
• 参考文献87-89
• 个人简历在读期间发表的学术论文89-90
• 致谢90-91
• 附录 A 48V 一体化电机控制器台架试验记录91-94
• 附录 B 48V 一体化电机控制器台架试验记录94-95

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