车用永磁型轮毂电机控制系统研究硬件子系统(附件)
目录
1 引言 1
1.1课题研究的背景 1
1.2轮毂电机技术国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3本课题的研究内容 4
2 永磁同步电机的结构与控制算法 4
2.1车用轮毂电机的分类 4
2.2 永磁同步电机的结构与分类 5
2.3 永磁同步电机的控制算法 6
3 永磁同步电机的控制策略的研究 7
3.1永磁同步电机的控制方式 7
3.2永磁同步电机矢量控制方法 7
3.3基于 SVPWM 永磁同步电机的控制策略研究 8
3.3.1逆变单元控制方法比较 8
3.3.2 基于 SVPWM 永磁同步电机的控制策略研究 8
4硬件电路设计 12
4.1引言 12
4.2 TMS320F28335 13
4.3 DSP28335外围电路 14
4.4功率驱动电路 16
4.4.1功率单元主电路 16
4.4.2驱动单元电路 17
4.5转子检测电路 17
4.5.1转子初始位置检测电路 18
4.5.2转子速度检测电路 18
4.6 故障保护电路设计 19
4.6.1电流检测电路 19
4.6.2母线电压检测电路 20
4.6.3编码器故障检测电 20
结论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录 硬件原理图 25
引言
1．1课题研究的背景
近年来，由于温室效应和化石能源短缺的影响，碳减排和节能减排的概念得到了高度的重视。内燃机车市场也由于化石燃料价格的上涨受到了严重影响。但由于电动汽车（EV）技术的产生，燃料电池和混合动力汽车的发展十分迅速，已成为解决能源问题和环境问题的有效途径[1]。同时也使得电动汽车应用的普及，包括短程运输、电动轮椅等。此外，由于考虑到未来的驱动和公共交通发展的习惯可能也会
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1．1课题研究的背景
近年来，由于温室效应和化石能源短缺的影响，碳减排和节能减排的概念得到了高度的重视。内燃机车市场也由于化石燃料价格的上涨受到了严重影响。但由于电动汽车（EV）技术的产生，燃料电池和混合动力汽车的发展十分迅速，已成为解决能源问题和环境问题的有效途径[1]。同时也使得电动汽车应用的普及，包括短程运输、电动轮椅等。此外，由于考虑到未来的驱动和公共交通发展的习惯可能也会改变，而电动车具有高能量转换效率和低排放，因此被认为是未来交通运输的最佳选择。
二十一世纪以来，汽车发展比较迅速，带动了许多产业的发展，推动了经济的发展但与此同时，他也带来了非常多的负面影响。大量的汽车尾气的排放使得大气污染问题越来越严重，大量的燃油消耗使得原本就能源短缺的问题也变得日益严重[2]。对此，我们必须要严重重视这一问题，但如何解决这些问题，这就需要我们去减少使用燃油汽车，开发消耗比较低，且不会对坏境造成污染，比较环保的汽车。而电动汽车相比燃油汽车具有消耗少，效率高的特点。能有效减少这些问题。表1-1是将电动机各方面性能与燃油汽车进行对比的表。
表1-1电动汽车与燃油汽车对比
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%
表1-1主要介绍电动汽车与燃油汽车的对比，通过表1-1，我们可以知道电动汽车相比燃油汽车具有很大的优势，无论是从效益还是环保方面来说，电动汽车都比燃油汽车实用的多，从能源上来看，电动汽车可以使用多种能源，而燃油汽车使用的是石油，总所周知，使用石油这种能源会排放出大量的汽车尾气，所以燃油汽车的使用会造成大气污染，而电动汽车可以使用无排放的能源，所以对环境的污染较小。在效益方面，电动汽车的效益为19个百分点，而燃油汽车的效益为12个百分点，远低于电动汽车。另外电动汽车所产生的噪音比燃油汽车要低很多，并且在机械结构方面要比燃油汽车灵活。
但随着人们对电动汽车性能要求的不断提高，对电动汽车动有着越来越高的要求，目前，最为受市场欢迎的轮毂电动汽车，它的结构部分是将电机与轮毂结合起来，这样的电动车结构以比较简单，性能好，安全系数高等优点很自然的在市场上受到欢迎[3]。引领着新能源汽车的发展。轮毂电机驱动的电动车主要是依靠轮毂电机的快速驱动和制动独立地控制各个车轮，由于其独立控制，那么其输出的效率就变得比较高。此时就比较考验车辆灵敏性能。一般情况下，可以利用电子差速来增加车辆灵敏性。在于其他汽车比较的情况下，这种新型电动车的能源浪费大幅减少，由此可见，轮毂电机系统可使能源利用率明显提升，在未来的电动汽车发展领域有巨大优势。
1.2轮毂电机技术国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
轮毂驱动是电动车的一种新型驱动方式，这种方式对于整车结构起到优化作用，提高了电动车的传动效率，较好的实现了对车辆的智能控制，所以世界各汽车厂商都在积极参与开发和研究电动车用的轮毂电机。在1997年的时候，日本的丰田就已经研制出了RAV4-EV，这在当时颇具优势，全球范围内，这款电动汽车最具先进性，成熟度也是最高的，因为它使用永磁同步电机来充当驱动电机，最大功率可以达到 45千瓦,充电一次就可以续220km,速度最高可达140km/h[4]。日本电池公司携手东京电力公司一起开发出了电动汽车IZA，全车4个轮子均为外转子无刷直流轮毂电机，最大功率可达25千瓦，时速40公里时可续航20小时，最快车速可达 176km/h。在2005的时候，三菱公司推出了一款前轮转向后轮驱动的轮毂电动汽车，这款电动汽车具有非常实用，在当时也一度火爆。法国 TM4 公司在轮毂电动汽车的研究上发明了电动轮一体化设计技术，这是将外转子永磁无刷电机的转子和轮辋连接在一起，使驱动性能变得更高，电机额定功率是 18.5k W,额定转速为 950r/min，在额定条件下的平均效率可达到 96.3%，峰值功率可达 80 k W,峰值扭矩为 670 Nm,最高转速为 1385r/min1 。
1.2.2 国内研究现状
早在“十五”期间，我国就
1 引言 1
1.1课题研究的背景 1
1.2轮毂电机技术国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 2
1.3本课题的研究内容 4
2 永磁同步电机的结构与控制算法 4
2.1车用轮毂电机的分类 4
2.2 永磁同步电机的结构与分类 5
2.3 永磁同步电机的控制算法 6
3 永磁同步电机的控制策略的研究 7
3.1永磁同步电机的控制方式 7
3.2永磁同步电机矢量控制方法 7
3.3基于 SVPWM 永磁同步电机的控制策略研究 8
3.3.1逆变单元控制方法比较 8
3.3.2 基于 SVPWM 永磁同步电机的控制策略研究 8
4硬件电路设计 12
4.1引言 12
4.2 TMS320F28335 13
4.3 DSP28335外围电路 14
4.4功率驱动电路 16
4.4.1功率单元主电路 16
4.4.2驱动单元电路 17
4.5转子检测电路 17
4.5.1转子初始位置检测电路 18
4.5.2转子速度检测电路 18
4.6 故障保护电路设计 19
4.6.1电流检测电路 19
4.6.2母线电压检测电路 20
4.6.3编码器故障检测电 20
结论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录 硬件原理图 25
引言
1．1课题研究的背景
近年来，由于温室效应和化石能源短缺的影响，碳减排和节能减排的概念得到了高度的重视。内燃机车市场也由于化石燃料价格的上涨受到了严重影响。但由于电动汽车（EV）技术的产生，燃料电池和混合动力汽车的发展十分迅速，已成为解决能源问题和环境问题的有效途径[1]。同时也使得电动汽车应用的普及，包括短程运输、电动轮椅等。此外，由于考虑到未来的驱动和公共交通发展的习惯可能也会
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1．1课题研究的背景
近年来，由于温室效应和化石能源短缺的影响，碳减排和节能减排的概念得到了高度的重视。内燃机车市场也由于化石燃料价格的上涨受到了严重影响。但由于电动汽车（EV）技术的产生，燃料电池和混合动力汽车的发展十分迅速，已成为解决能源问题和环境问题的有效途径[1]。同时也使得电动汽车应用的普及，包括短程运输、电动轮椅等。此外，由于考虑到未来的驱动和公共交通发展的习惯可能也会改变，而电动车具有高能量转换效率和低排放，因此被认为是未来交通运输的最佳选择。
二十一世纪以来，汽车发展比较迅速，带动了许多产业的发展，推动了经济的发展但与此同时，他也带来了非常多的负面影响。大量的汽车尾气的排放使得大气污染问题越来越严重，大量的燃油消耗使得原本就能源短缺的问题也变得日益严重[2]。对此，我们必须要严重重视这一问题，但如何解决这些问题，这就需要我们去减少使用燃油汽车，开发消耗比较低，且不会对坏境造成污染，比较环保的汽车。而电动汽车相比燃油汽车具有消耗少，效率高的特点。能有效减少这些问题。表1-1是将电动机各方面性能与燃油汽车进行对比的表。
表1-1电动汽车与燃油汽车对比
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%
表1-1主要介绍电动汽车与燃油汽车的对比，通过表1-1，我们可以知道电动汽车相比燃油汽车具有很大的优势，无论是从效益还是环保方面来说，电动汽车都比燃油汽车实用的多，从能源上来看，电动汽车可以使用多种能源，而燃油汽车使用的是石油，总所周知，使用石油这种能源会排放出大量的汽车尾气，所以燃油汽车的使用会造成大气污染，而电动汽车可以使用无排放的能源，所以对环境的污染较小。在效益方面，电动汽车的效益为19个百分点，而燃油汽车的效益为12个百分点，远低于电动汽车。另外电动汽车所产生的噪音比燃油汽车要低很多，并且在机械结构方面要比燃油汽车灵活。
但随着人们对电动汽车性能要求的不断提高，对电动汽车动有着越来越高的要求，目前，最为受市场欢迎的轮毂电动汽车，它的结构部分是将电机与轮毂结合起来，这样的电动车结构以比较简单，性能好，安全系数高等优点很自然的在市场上受到欢迎[3]。引领着新能源汽车的发展。轮毂电机驱动的电动车主要是依靠轮毂电机的快速驱动和制动独立地控制各个车轮，由于其独立控制，那么其输出的效率就变得比较高。此时就比较考验车辆灵敏性能。一般情况下，可以利用电子差速来增加车辆灵敏性。在于其他汽车比较的情况下，这种新型电动车的能源浪费大幅减少，由此可见，轮毂电机系统可使能源利用率明显提升，在未来的电动汽车发展领域有巨大优势。
1.2轮毂电机技术国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
轮毂驱动是电动车的一种新型驱动方式，这种方式对于整车结构起到优化作用，提高了电动车的传动效率，较好的实现了对车辆的智能控制，所以世界各汽车厂商都在积极参与开发和研究电动车用的轮毂电机。在1997年的时候，日本的丰田就已经研制出了RAV4-EV，这在当时颇具优势，全球范围内，这款电动汽车最具先进性，成熟度也是最高的，因为它使用永磁同步电机来充当驱动电机，最大功率可以达到 45千瓦,充电一次就可以续220km,速度最高可达140km/h[4]。日本电池公司携手东京电力公司一起开发出了电动汽车IZA，全车4个轮子均为外转子无刷直流轮毂电机，最大功率可达25千瓦，时速40公里时可续航20小时，最快车速可达 176km/h。在2005的时候，三菱公司推出了一款前轮转向后轮驱动的轮毂电动汽车，这款电动汽车具有非常实用，在当时也一度火爆。法国 TM4 公司在轮毂电动汽车的研究上发明了电动轮一体化设计技术，这是将外转子永磁无刷电机的转子和轮辋连接在一起，使驱动性能变得更高，电机额定功率是 18.5k W,额定转速为 950r/min，在额定条件下的平均效率可达到 96.3%，峰值功率可达 80 k W,峰值扭矩为 670 Nm,最高转速为 1385r/min1 。
1.2.2 国内研究现状
早在“十五”期间，我国就
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