车用永磁型轮毂电机控制系统研究软件子系统(附件)
目 录
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 永磁同步电机控制方式 3
1.3 课题内容概述 4
2 永磁型轮毂电机的控制方法及调速原理 5
2.1 永磁型轮毂电机基本结构 5
2.2 永磁同步电机控制方式 6
2.3 永磁同步电机数学模型 7
2.3.1 三相静止坐标系(ABC)下的数学模型 8
2.3.2 dq旋转坐标系下的数学模型 9
3 永磁型轮毂电机矢量控制系统仿真 10
3.1 系统建模 10
3.2 仿真结果分析 14
4 系统软件设计 16
4.1 系统硬件框图 16
4.2 软件环境介绍 17
4.3 软件流程图 18
4.4 软件程序设计及分析 21
4.4.1 定义变量及主向量 21
4.4.2 系统初始化 22
4.4.3 A/D中断处理模块 23
4.4.4 驱动电机启动模块 24
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录 源程序 28
1 引言
车用永磁型轮毂电机控制的研究在当下具有重要的意义，对环境保护以及能源合理利用可以起到非常重要的作用，在可见的未来，电动汽车等环保车型取代传统燃料型车是一种必然的发展趋势。
1.1 课题研究背景
随着现代化进程的日益推进，科技的发展速度可以说是日新月异，给人们带来了许多生活上的便捷，但由于在发展中人们的疏忽以及一些技术上的不完善，导致自然资源开始匮竭，环保问题也凸显出来。比如自二十一世纪以来，世界各国科技发展突飞猛进，但伴随而来的则是环境污染的问题以及能源危机。以我国为例，中西部地区的大开发与大发展带来了巨大的经济效益，增强了我国国力。另外，汽车行业也飞速发展，公路上日益增多的汽车是我国经济繁荣的象征，但其排放的大量尾气不容小觑。致使现如今全国许多地区都有的严重雾霾现象，正是由于这些工业的大发展以及传统燃油
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技术上的不完善，导致自然资源开始匮竭，环保问题也凸显出来。比如自二十一世纪以来，世界各国科技发展突飞猛进，但伴随而来的则是环境污染的问题以及能源危机。以我国为例，中西部地区的大开发与大发展带来了巨大的经济效益，增强了我国国力。另外，汽车行业也飞速发展，公路上日益增多的汽车是我国经济繁荣的象征，但其排放的大量尾气不容小觑。致使现如今全国许多地区都有的严重雾霾现象，正是由于这些工业的大发展以及传统燃油汽车的大量使用，造成了空气质量的严重下降。要解决这些问题，就需要合理利用自然资源，开发新能源，来保护我们的自然环境。在汽车行业领域，电力是一种在一定程度上可以替代燃油的无污染的能源，是一种很好的选择。本文正是响应国家节能减排的号召，积极研究如何使用效率更高而且不会造成尾气污染的电机，即永磁型轮毂电机，以此来搭载汽车制成电车以达到环保的目的。这种无尾气排放的以电力驱动的汽车在未来将占据重要的地位。这几年以来，国家政府对电力驱动汽车行业不断加强扶持力度，我们也可以看到越来越多的电动车出现在我们的生活当中，这也说明了我们对电动车的需求量的日益增长。表1.1将传统车型与电动车进行了比较，从中可以直接看出它们的优缺点。
表1.1 电动车与燃油车对比
电动汽车
燃油汽车
结构
轻便灵活
笨重单一
动力
电力
石油
噪音
噪音较小
噪音大
尾气
无排放
尾气排放
效率
20%
14%
从表1.1可以看出，电动汽车的效率更高，使用能源更清洁，没有尾气排放，几乎不会造成污染，而且产生的噪音较小，其次其轻便的结构也极大地增强了其安全性。
另外，在电动汽车电力驱动系统的形式上，也有非常多的选择，图1.1简单的介绍了几种典型的电机分类。本文主要的研究范围为其中的电磁型电机。
图1.1 电机种类
图1.1中可以看出可供我们选择的电机种类繁多，其中的交流异步电动机，点击的制造成本比较低，而且启动迅速，但与永磁同步电机相比，效率较低，力矩惯量比小，其定子电流和定子损耗也较大，使用起来更为耗电；而普通的同步电机如开关磁阻电机等，相较于永磁同步电机，由于需要励磁结构，结构上更为复杂，效率较低。因此本文选用结构更为简单且低损耗，高效率，尺寸小，重量轻的永磁同步电机。永磁同步电机的优点很多，还具有环保价值，而我国又是稀土资源极为丰富的国家，可以更为便捷的制造出永磁材料，因此研究永磁同步电机非常具有前景。
电动汽车用轮毂电机主要有五种常见的类型，分别为:直流电机（DCM），感应电机(IM)，永磁无刷直流电机(BLDCM)，开关磁阻电机(SRM)和永磁同步电机(PMSM)[1]。为了方便研究，表1.2中给出了这几种电机的性能对比。以永磁同步电机和无刷直流电机为例，这两者在结构上有着异曲同工之妙，但相异于无刷直流电机的定子电流是梯形波，永磁同步电机是基于正弦的方式驱动的，致使后者比永磁同步电机的力矩更大一些[2]。可以得出永磁同步电机的外形轻巧，且调速范围更大，噪声更低，功率密度更大，转动惯量更小，控制精度更高，是一种更适合作为电动汽车的轮毂电机。在本质上，永磁同步电机实际上是一种非线性的系统，它的驱动方式使它具有多变量、强耦合的特性，但仍有着一些不确定因素需要注意，比如其系统的参数不确定，磁场饱和等问题[3]。应对于此，我们需要采用一些有效的控制方法。
表1.2 常见五种电机作为轮毂电机的性能对比
参数及类型
直流电机
参数介绍
感应电机参数介绍
永磁同步电机参数介绍
开关磁阻电机参数介绍
永磁无刷直流电机参数介绍
转速(r/min)
4k~6k
9k~15k
15k~
4k~12k
4k~10k
功率
较小<
1 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 永磁同步电机控制方式 3
1.3 课题内容概述 4
2 永磁型轮毂电机的控制方法及调速原理 5
2.1 永磁型轮毂电机基本结构 5
2.2 永磁同步电机控制方式 6
2.3 永磁同步电机数学模型 7
2.3.1 三相静止坐标系(ABC)下的数学模型 8
2.3.2 dq旋转坐标系下的数学模型 9
3 永磁型轮毂电机矢量控制系统仿真 10
3.1 系统建模 10
3.2 仿真结果分析 14
4 系统软件设计 16
4.1 系统硬件框图 16
4.2 软件环境介绍 17
4.3 软件流程图 18
4.4 软件程序设计及分析 21
4.4.1 定义变量及主向量 21
4.4.2 系统初始化 22
4.4.3 A/D中断处理模块 23
4.4.4 驱动电机启动模块 24
结 论 25
致 谢 26
参 考 文 献 27
附录 源程序 28
1 引言
车用永磁型轮毂电机控制的研究在当下具有重要的意义，对环境保护以及能源合理利用可以起到非常重要的作用，在可见的未来，电动汽车等环保车型取代传统燃料型车是一种必然的发展趋势。
1.1 课题研究背景
随着现代化进程的日益推进，科技的发展速度可以说是日新月异，给人们带来了许多生活上的便捷，但由于在发展中人们的疏忽以及一些技术上的不完善，导致自然资源开始匮竭，环保问题也凸显出来。比如自二十一世纪以来，世界各国科技发展突飞猛进，但伴随而来的则是环境污染的问题以及能源危机。以我国为例，中西部地区的大开发与大发展带来了巨大的经济效益，增强了我国国力。另外，汽车行业也飞速发展，公路上日益增多的汽车是我国经济繁荣的象征，但其排放的大量尾气不容小觑。致使现如今全国许多地区都有的严重雾霾现象，正是由于这些工业的大发展以及传统燃油
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
技术上的不完善，导致自然资源开始匮竭，环保问题也凸显出来。比如自二十一世纪以来，世界各国科技发展突飞猛进，但伴随而来的则是环境污染的问题以及能源危机。以我国为例，中西部地区的大开发与大发展带来了巨大的经济效益，增强了我国国力。另外，汽车行业也飞速发展，公路上日益增多的汽车是我国经济繁荣的象征，但其排放的大量尾气不容小觑。致使现如今全国许多地区都有的严重雾霾现象，正是由于这些工业的大发展以及传统燃油汽车的大量使用，造成了空气质量的严重下降。要解决这些问题，就需要合理利用自然资源，开发新能源，来保护我们的自然环境。在汽车行业领域，电力是一种在一定程度上可以替代燃油的无污染的能源，是一种很好的选择。本文正是响应国家节能减排的号召，积极研究如何使用效率更高而且不会造成尾气污染的电机，即永磁型轮毂电机，以此来搭载汽车制成电车以达到环保的目的。这种无尾气排放的以电力驱动的汽车在未来将占据重要的地位。这几年以来，国家政府对电力驱动汽车行业不断加强扶持力度，我们也可以看到越来越多的电动车出现在我们的生活当中，这也说明了我们对电动车的需求量的日益增长。表1.1将传统车型与电动车进行了比较，从中可以直接看出它们的优缺点。
表1.1 电动车与燃油车对比
电动汽车
燃油汽车
结构
轻便灵活
笨重单一
动力
电力
石油
噪音
噪音较小
噪音大
尾气
无排放
尾气排放
效率
20%
14%
从表1.1可以看出，电动汽车的效率更高，使用能源更清洁，没有尾气排放，几乎不会造成污染，而且产生的噪音较小，其次其轻便的结构也极大地增强了其安全性。
另外，在电动汽车电力驱动系统的形式上，也有非常多的选择，图1.1简单的介绍了几种典型的电机分类。本文主要的研究范围为其中的电磁型电机。
图1.1 电机种类
图1.1中可以看出可供我们选择的电机种类繁多，其中的交流异步电动机，点击的制造成本比较低，而且启动迅速，但与永磁同步电机相比，效率较低，力矩惯量比小，其定子电流和定子损耗也较大，使用起来更为耗电；而普通的同步电机如开关磁阻电机等，相较于永磁同步电机，由于需要励磁结构，结构上更为复杂，效率较低。因此本文选用结构更为简单且低损耗，高效率，尺寸小，重量轻的永磁同步电机。永磁同步电机的优点很多，还具有环保价值，而我国又是稀土资源极为丰富的国家，可以更为便捷的制造出永磁材料，因此研究永磁同步电机非常具有前景。
电动汽车用轮毂电机主要有五种常见的类型，分别为:直流电机（DCM），感应电机(IM)，永磁无刷直流电机(BLDCM)，开关磁阻电机(SRM)和永磁同步电机(PMSM)[1]。为了方便研究，表1.2中给出了这几种电机的性能对比。以永磁同步电机和无刷直流电机为例，这两者在结构上有着异曲同工之妙，但相异于无刷直流电机的定子电流是梯形波，永磁同步电机是基于正弦的方式驱动的，致使后者比永磁同步电机的力矩更大一些[2]。可以得出永磁同步电机的外形轻巧，且调速范围更大，噪声更低，功率密度更大，转动惯量更小，控制精度更高，是一种更适合作为电动汽车的轮毂电机。在本质上，永磁同步电机实际上是一种非线性的系统，它的驱动方式使它具有多变量、强耦合的特性，但仍有着一些不确定因素需要注意，比如其系统的参数不确定，磁场饱和等问题[3]。应对于此，我们需要采用一些有效的控制方法。
表1.2 常见五种电机作为轮毂电机的性能对比
参数及类型
直流电机
参数介绍
感应电机参数介绍
永磁同步电机参数介绍
开关磁阻电机参数介绍
永磁无刷直流电机参数介绍
转速(r/min)
4k~6k
9k~15k
15k~
4k~12k
4k~10k
功率
较小<
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