应用于纯电动汽车永磁无刷直流电机调速及转矩脉动抑制方法研究

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永磁无刷直流电机(BLDCM)因为其良好的性能在纯电动汽车领域得到较多的应用,然而高性能调速和转矩脉动问题是制约其更广泛应用的瓶颈。本文针对BLDCM的调速和转矩脉动问题,进行仿真研究,设计了一款基于英飞凌TC1782的控制器,并通过dSPACE半实物硬件在环(Hardware-in-the-Loop)仿真进行控制器的调试,在调试的基础上进行了全实物的控制系统测试。  本研究主要内容包括:⑴分析BLDCM工作原理和数学模型,基于dSPACE软件体系ASM模型中的BLDCM控制系统,设计使用改进广义预测控制(GPC)控制算法应用于改善BLDCM的调速性能。⑵分析BLDCM转矩脉动的形成原因,针对电流换相引起的转矩脉动,经过数学分析计算,采用一种在抑制转矩脉动的同时,还可以兼顾到缩短有害的换相时间的三段式PWM波调制方法抑制转矩脉动,并进行仿真实验,初步验证其有效性与可行性。⑶采用英飞凌32位汽车级芯片TiCore1782作为主控芯片,设计包括晶振电路、电源电路、电磁兼容电路、下载电路的最小系统;使用MOS管搭建主逆变电路,用模拟电路完成自举升压功能的驱动电路作为逆变器;将控制器与逆变器使用高速光耦进行隔离,完成BLDCM控制系统的硬件设计。⑷介绍了英飞凌特有的Tasking+DaVE的软件开发工具,使用DaVE完成系统及外设的功能寄存器配置并自动生成C代码,直接在Tasking中生成对应的框架程序,在此基础上进行了包括故障检测、双闭环调速控制、转矩脉动抑制控制在内的BDLCM控制系统软件设计。⑸在完成英飞凌TC1782电机控制系统的软硬件设计后,进行基于dSPACE软硬件设备的半实物硬件在环仿真测试,对TC1782控制器软硬件进行了初步的功能测试和改进,验证控制器在调速和抑制转矩脉动两方面的功能。使用1.5KW的BLDCM作为控制对象,测功机做负载对控制器和逆变器完成测试,验证了控制器在调速和抑制转矩脉动两方面的功能,实验结果表明,控制器可以满足BLDCM控制的需求。
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