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随着能源危机和城市交通拥堵的加剧,电动车作为国家“十二五规划”重点发展的节能环保项目,获得了广泛应用和发展。由于结构简单、成本低、调速范围宽、方波控制技术易于实现等原因,永磁无刷直流电机成为了电动车驱动电机的主流选择。随着电动车的普及应用,人们对其驾驶舒适性、静音效果和运行效率等方面提出了更高的要求。电机驱动控制系统作为电动车的核心,是满足上述高要求所需解决的关键技术环节。 本文将基于转子磁场定向的矢量控制技术应用于永磁无刷直流电机的驱动控制当中,以解决其因多变量、非线性、强耦合等特性难于控制的问题。控制系统实现了永磁无刷直流电机在不同负载下低转矩纹波、运动平滑、噪音小、效率高的运行效果。本文结合课题和实际应用的要求,设计了以STM32FEBKC6T6为核心的电动车用永磁无刷直流电机矢量控制实验平台。 本文主要研究内容如下: (1)建立了永磁无刷直流电机在两相旋转坐标系上的数学模型,重点阐述了矢量控制和空间矢量脉宽调制技术应用于永磁无刷直流电机驱动控制系统设计的可行方案,完成了基于id=0控制方式的矢量控制系统建模与仿真分析。将基础理论和软件算法相结合分析,使算法更清晰的同时也方便了软件编写。 (2)根据对电机转矩、转速的不同要求,搭建了电流直轴分量id=0、最大转矩电流比(MTPA)和弱磁(FW)提速三种控制方式的数学模型。由实际控制需求,分功能实现三种控制方式:常规控制时,选用id=0控制方式;相同电流需最大转矩输出时,选用最大转矩电流比控制方式;需要提高调速上限即实现超速功能时,选用弱磁控制方式。 (3)本文提出了电机三相相电流重构的方案。该方案利用母线回路康铜电阻采样母线电流,根据主逆变电路不同开关状态下母线电流与三相相电流的关系,进行相电流的重构。同时,通过PWM移相技术解决了低调制可移相区的采样重构误差难题。上述方案避免了硬件系统使用电流互感器,降低了电流采样电路的设计成本。 (4)介绍系统实际硬件电路设计,重点分析了影响逆变电路多管并联均流运行稳定性和功率管驱动性能的因素。提出了基于原驱动电路的改进方案,解决了开、关振荡的非均流运行和米勒平台过长的现象,并进行了实验验证。