电动车用永磁无刷直流电机正弦波控制的研究

来源 :辽宁工业大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:xiaziaipao
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永磁无刷直流电机具有效率高、体积小、重量轻、起动转矩大、结构简单、工作可靠、调速性能好等优点,能够很好地满足纯电动汽车频繁起动/制动、能量回馈和高效率的要求,现有市场上的很多微型电动汽车都选用该电机作为驱动电动机。但是无刷直流电机具有转矩脉动大的缺点,导致驱动噪声大,使其在乘用车方面应用非常有限。本文研究的是正弦波控制的永磁无刷直流电机,可以很大程度上改善传统无刷直流电机转矩脉动大的缺点。本文研究的电机磁场是按照正弦分布的。这种无刷直流电机的定、转子结构与永磁同步电机基本相同,本文以面装式永磁同步电机建立了永磁无刷直流电机的数学模型。基于建立的数学模型,设计了以定子三相电流为控制目标的矢量控制和以定子磁链为控制目标电压空间矢量逆变控制两种正弦波控制策略。经过比较两种控制方式各自的优缺点,最后确立了以定子磁链为控制目标的电压空间矢量逆变控制作为永磁无刷直流电机的控制策略。永磁无刷直流电机采用的是霍尔传感器,仅能检测出有限个转子位置。正弦波控制需要精确的转子位置,本文引用了模型参考自适应系统(MRAS)对转子位置进行估算,并用霍尔传感器输出位置对转子位置估算结果进行阶段性校正。在硬件设计上,本文选用了TI生产的TMS320f28069型号的DSP作为控制器的CPU;使用三相全桥结构的逆变器实现电机的四象限运行;使用MOS管并联的结构实现大电流输出;设计了悬浮自举的驱动电路对MOS管进行驱动;使用高速光耦进行强电与弱电的隔离;并设计了电压检测、电流检测、霍尔信号检测、温度检测、CAN总线通讯的电路与供电电路。在软件设计方面,本文设计了系统初始化流程;设计了分级采样的结构,确保采样效率最高;设计了一种故障处理方法,确保系统必要时刻以最快速度进行保护;设计了一种挡位转换流程,可以确保每次都能正确安全的换挡;设计了SVPWM实现的程序结构,确保每次都能计算出正确可靠的PWM驱动信号;设计了CAN总线发送结构,最大程度的利用CAN总线。通过试验,采集对电机进行方波控制和正弦波控制时的相电流与转矩脉动波形,对两种控制方式的效果进行了比较,试验结果表明永磁无刷直流电机进行正弦波控制能够很好的改善转矩脉动。
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