文档介绍：电动汽车电机控制器方案设计说明书
1 引言
随着常规能源的日益减少和环境污染的日益严重,世界各国的环保意识逐渐增强,电动汽车以其零排放的优点受到世界各国的重视,并成为未来车辆的一个发展趋势。
传统的电动汽车多采用直流电机,其中最多的是有刷他励直流电机,因为存在电刷,导致电机的寿命和效率降低,目前比较新的无刷直流电机,这种电机寿长,效率比较高,但是因为位置传感器的安装精度不够导致控制效果不是很好和寿命短的问题。无速度传感低压交流驱动器,比传统的直流系统相比。
目前研究比较多的是交流异步电机及其控制器,与直流电机相比,交流异步电机具有效率高,相同功率等级下成本低等优点,交流系统低速恒转矩模式有效攻克了直流无刷启动力矩不足的问题。高速恒功率模式使整机效率更加优越。
随着交流电机控制算法的日益完善,其控制性能可以和直流电机相媲美,交流异步电机在电动汽车上的广泛应用成为发展趋势。
本系统采用无速度传感器矢量控制策略,提高电机工作效率,采用SVPWM技术,提高电压利用率,并减少谐波干扰,并克服了传统直流系统电动车启动力矩不足的缺点。
2 硬件总体说明
系统总共分为三块电路板叠成立体方式实现。
功能介绍
此功率电路采用三相相移120度
理论依据
ACI3_1的简易系统图如图1所示:
图1 ACI3_1的简易系统图
图1所示为三相感应电机驱动的完整系统图。使用了一个三相电压源逆变器来控制三相感应电机, DSP输出六路PWM信号控制逆变器的六个MOSFET的通断,从而控制电机电压。还有一个捕获输入脚用来捕获电机速度传感器的输出以测量电机转速,但在实际调试时没有使用速度传感器,所以没有速度反馈,整个系统是一个开环系统。
感应电机的等效电路如图2所示:
图2 感应电机的等效电路
在V/Hz控制中,感应电动机的转速由可调节的定子电压大小和对应的频率大小一起控制,其中磁通量在固定状态总是保持预期值。
系统框图
系统原理框图
系统程序框图
程序流程图
ACI3_4(无速度传感器矢量控制程序)总体说明
功能介绍
系统采用无速度传感器矢量控制技术驱动异步电机转动。通过加速踏
板给定转矩,带大负载时踏板踩下角度大,控制器输出转矩大,相反带小负载时踏板踩下角度大,控制器输出转矩小。
无速度传感器矢量控制系统动态性能好,效率高,是目前异步电机控制领域中技术最先进的控制方法。
理论依据
理论上,感应电机的磁场定向控制有两种,直接磁场定向和间接磁场定向,用来定向的磁场可以是转子磁场、定子磁场和气隙磁场。在间接磁场定向控制中需要通过估计或计算转子转速来估计转差率s,进而计算同步转速,而没有磁通估计。直接磁场定向控制中,同步转速根据磁通角进行计算,磁通角可以根据磁通估计或磁通传感器测量得到。系统的关键模块是磁通评估器。
交流电机直接转子磁场定向控制的基础是将总磁场定向在以同步速度旋转的d轴上,这样电磁转矩和磁通可以分别由同步旋转坐标系中定子电流的d轴分量和q轴分量独立控制。如下图所示:
转子磁场定向控制中的定子电流和转子磁通向量
系统框图
控制系统整体结构图如下,使用六路PWM信号控制三相逆变器的六个MOSFET,三项逆
变器将48V直流电逆变成三相正弦交流电,驱动异步电机旋转。采用三个AD采样通道分别采样A、B相电流和母线电压,作为反馈量估算转子磁通角和转子转速并调节PWM占空比。
原理框图如下图所示:
直接转子磁场定向系统原理框图
系统程序模块框图如下如所示:
系统程序框图
程序流程图
3 软件模块说明
ACI_FE
该模块是一个是基于反电动势反向逼近积分的三相感应电机的磁通评估器,该模块可以同时产生转子角,通过积分补偿器引入补偿电压以减小纯积分器和定子电阻测量的误差,因此,磁通估计器可以在很大的转速范围内工作,即使是转速很低的情况。
模块的输入输出量如下图所示:
该模块涉及的文件有:
C 文件: ,
IQmath库文件: ,
使用的变量描述:
磁通估计器的整体框图如下:
在静止坐标系中转子磁链主要是通过对电压型中的反电动势积分得到的。通过使用积分补偿器提供补偿电压,可以对纯积分器和定子电阻测量的误差进行处理。
程序流程图如下:
ACI_SE
模块作用:
这个软件模块是基于数学模型的三相感应电机的速度评估器,该评估器的精度依赖于电机的关键参