电动车控制系统可靠性与稳定性研究(2015年10月)

1、南京理工大学硕士研究生学位论文开题报告姓 名： 甄文奇 学 号： 114110000906 学 科： 电力系统及其自动化 所在院系： 自动化学院 指导教师： 孙瑜 2016 年 1月 5日填一、拟选定学位论文的题目名称 电动车控制系统可靠性与稳定性研究2、 选题的科学意义和应用前景随着社会的不断发展和人们生活的不断改善，人们对自己的出行和生活的质量要求越来越高，电动车作为一种绿色交通工具，不仅环保、而且清洁无污染，正在越来越受到广大人群的追捧和青睐。电动车具有环保功效，而且价格低廉，使用便捷，这些优势使电动车非常具有发展潜力，并促使城市中低收入人群偏爱电动车这一代步工具。然而在我国电动车由于经

2、济发展的因素，在使用和开发方面起步稍晚一些，但是速度比较快，并且在上世纪九十年代中期已经有少量投入到市场。进入新千年，特别是近年来无论是生产还是销售，一直呈逐年大幅增长的势头。由于我国经济社会不断发展，消费与经济水平呈正比关系，因此表现出来的就是内需消费市场不断增长。我们知道电动自行车具有体小轻便、占有空间小、便捷等特点，有助于我们节约消耗能源。从发展趋势上看，电动车行业将会发展迅速而且市场占有率将会不断提升。电动车作为一种节能交通工具，非常适宜短途出行，比如对于农村老百姓，他们赶集市买东西就会非常青睐电动车，而且随着农民生活水平的不断改善，人们有能力支付电动车这一耐用实惠的便捷交通工具，所以

3、可以想象电动车的市场还会进一步扩大，而且会越来越受欢迎。当今经济发展的助推力就是能源，特别是我国经济正快速发展，产业结构巨大的转型期，必须能够找到一条可持续发展的道路。同时不能忽视环境对我们生活的影响，需要提高生活水平且能够改善生存环境的呼声越来越高。我们知道现在的大多数交通工具都是使用不可再生能源，比如石油和煤等，这些资源在我们日常生活中发挥着巨大作用，但是这些能源总有枯竭的一天，而且这些能源在消耗的同时还带来大量工业污染和大气污染，破坏了自然环境，影响了我们发展的步伐，给我们造成大量损失。所以从科学发展的角度出，为了我们的经济社会不断向前进步，解决能源危机和生态环境危机成为世界各国的目标，

4、为了适应这个发展趋势，世界各国和各大企业正在加大对电动车开发的投资力度，进而促进电动车技术的发展，加快电动车的商品化步伐，间接促使电动车成为一个切入口，让人们认识到技术的进步可以减小对不可再生能源的依赖，减小对生态环境的破坏，还世界一个和谐而充满生机的环境。电动车控制系统是电动车赖以工作的核心部件，一个好的控制系统既可以保证电动车的稳定运行，又能解决各种突发状况。电动车控制系统肩负着电动车的调速功能，保证无刷直流电机的无极调速，又能保证在负载增加时适时增加电动车电机的输出转矩。一款好的电动车控制系统是必须的。保证电动车控制系统的可靠性与稳定性，使电动车可靠稳定运行是必要的。现在我们已经初步设计

5、出一款电动车控制系统，但其在运行时，可靠性与稳定性都不好，当遇到上坡或者负重增加时，电流过大，烧坏控制系统。当控制系统接线短路或控制器内部短路时出现过电压时也会击穿控制器元件，这就对控制系统的安全性与稳定性产生了影响，我们要做的就是在已有的控制系统的基础上做些改进措施，提高系统的可靠性与稳定性。三.背景科研项目情况简介本学位论文是一电动车标杆控制器的研发为背景的，设计一款高可靠性低成本的电动车控制器。控制器基本功能目标：（1） 可以在日常生活环境中安全稳定可靠的骑行（2） 采用能量回馈技术，使电动车的行驶里程增加10%-15%（3） 最优加减速曲线，使用户获得最舒适的骑行体验（4） 在电机能支

6、持极限下，使电动车可以稳定的速度在崎岖路上前行四.学位论文主要研究内容本论文主要包括以下几个方面的研究内容：1.瞬时过流保护当电动车处于上坡时，或电动车负载过重时电流会急剧增加，导致控制系统的元件发热增加，从而烧毁控制系统，我们要对电流进行控制，使电动车在负载增加时保持电流在合适范围内。2.能量回馈所谓能量回馈是根据电机的可逆性,在电动汽车制动时使电机处于发电状态,从而将制动的动能转换为电能并回收到车载储能装置中进行再利用的技术。在城市交通中,应用了能量回馈技术的电动汽车可以将减速或刹车时的惯性能进行回收利用,从而提高行驶里程;在丘陵和山区中,应用了能量回馈技术电动汽车可以将下坡时回收的能量作

7、为辅助能源应用在上坡中,从而提高整车的运行效率和爬坡能力,除此之外,可以减少机械刹车磨损,降低车辆倾翻、侧翻等事故的发生率。相关研究表明,在存在较频繁的制动与电动的城市工况运行条件下,有效地回收制动能量,可使电动汽车的行驶里程延长 10%到 30%,因此对电动车能量回馈技术的研究具有重要的理论意义和实际意义。3.最优的电动车加减速曲线为了保持电动车骑行时的舒适性，以及由于疏忽突然把电动车刹把信号放到最大，由于电动车速度的突变，可能会发生不可预料的危险。为了降低危险性和提高舒适性，电机启动会有一条最优的加速减速曲线，我们的目的就是要通过数据的采集和调查，仿真获得一条这样的最优加减速曲线，使电动车

8、在加速减速过程中都能以这条曲线为原则，从而获得最佳的骑行体验。三、背景科研项目情况简介 本学位论文是以电动车控制器研发为背景的。电动车控制器采用单片机STM8S903为核心芯片，其控制核心还是无刷直流电机的控制。而无刷直流电机的控制涉及到电机的启动、位置信号、电流和转速信号的采集；控制部分则有PID控制、PWM控制、电流环和转速环的控制。虽然现在电机的控制技术已经非常成熟，但是仍然存在着很多的问题，比如很常见的一个问题就是驱动桥的MOS管发热比较厉害，这是制约控制器寿命的一个重要因素，还有就是转矩脉动，由于转矩脉动的存在，使得电机运行不平稳，损耗增大，就这个问题，许多科研单位都展开了深入的研究

9、，也取得了有效的成果，但是这依然值得进一步去研究。该项目中电机部分研究的内容主要有以下几个方面：无刷直流电机的结构，弄清无刷直流电机的内部构造，同以往的有刷直流电机区别开来。无刷直流电机的工作原理，这一步对于后面电机的控制非常重要，细致的了解了其工作原理，才能更好得做好控制这部分内容。无刷直流电机的控制，控制它的启动、停止、加速、减速、正转和反转，如何才能提高控制系统的稳定性。控制电路中MOS管的发热问题，弄清楚MOS管发热的原因，通过电路的改进来减小这个问题。5、 开题条件1.学术条件 （1）要具备充足的电机知识，这可以通过上网、借阅书籍了解这方面的知识；还有就是电路知识的积累，主要是数电模

10、电的知识，这方面的知识是控制系统原理图和PCB设计的前提。 （2）老师的指导和同学的合作也是非常重要的，它们可以提供一些很重要的观点和建议。 （3）项目委托方的要求给论文提出了方向，另外相关人员可以提供电机方面的经验，这对于电机的控制也非常重要。2.设备条件 （1）电动车一辆 （2）示波器一台、万用表一个 （3）万用板、各类元器件、电烙铁、焊锡丝、松香等若干 （4）用于编程调试，原理图、PCB设计用电脑一台 （5）软件keil、Altium Designer预期解决的主要问题1、无刷直流电机半桥驱动电路研究与设计半桥驱动电路具有结构简单体积小、功耗低、成本低以及易于控制的特点，作为电动车控制器

11、能有效降低硬件成本。需要进行半桥驱动电路的完善以及半桥驱动控制策略研究的工作。2、 混合检测方法需要解决模式自动切换以及无位置传感器的低速启动问题 有无位置传感器工作模式之间需要切换，如何稳定准确的进行切换是要解决的问题。无位置传感器的控制器需要特殊的启动机制，并且位置检测受到PWM的干扰，会出现误判等问题。因此需要对启动策略以及PWM干扰问题进行针对性研究。3、控制器接口通讯的标准化研究简化控制器接口的方案，将控制器所有通信接口全部归纳为一个总线接口，使得控制器的总接口数简化为3个（霍尔传感器、总线接口以及电源接口） 用总线接口统一代替所有其他接口后，为了保证各厂家和研究着设计产品的通用性，

12、必须设计一个通用的通信标准协议。使得符合标准协议的各种控制器均能互换使用。4、 半桥驱动方案的可靠性研究 半桥驱动方案目前并不是BLDC控制器的一般方案，目前市面上大部分的控制器都是基于全桥方案设计的，全桥方案已经经过长时间的检验。但是半桥驱动方案的实际应用还不多。因此半桥驱动方案的可行性研究是本课题的研究的重点。六文献综述1.引言电动车控制器是用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及电动车的其它电子器件的核心控制器件，它就象是电动车的大脑，是电动车上重要的部件。电动车就目前来看主要包括电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，电动车控制器也因为

13、不同的车型而有不同的性能和特点。车用电机控制器近年来的发展速度之快,使人难以想象,操作上越来越“傻瓜”化,而显示则越来越复杂化.比如,车速的控制已经发展到“巡航锁定”;驱动方面,有的同时具有电动性能和助力功能,如果转换到助力状态,借助链条张力测力器,或中轴扭力传感器,只要用脚踏动脚蹬,便可执行助力或确定助力的大小电动车控制器在电动车里起着重要作用，是一款电动车可以可靠稳定工作的核心。2. 电动车控制系统简介简略地讲控制器是由周边器件和主芯片(或单片机)组成.周边器件是一些功能器件,如执行、采样等,它们是电阻、传感器、桥式开关电路,以及辅助单片机或专用集成电路完成控制过程的器件;单片机也称微控制

14、器,是在一块集成片上把存贮器、有变换信号语言的译码器、锯齿波发生器和脉宽调制功能电路以及能使开关电路功率管导通或截止、通过方波控制功率管的的导通时间以控制电机转速的驱动电路、输入输出端口等集成在一起,而构成的计算机片.这就是电动自行车的智能控制器.它是以“傻瓜”面目出现的高技术产品.控制器的设计品质、特性、所采用的微处理器的功能、功率开关器件电路及周边器件布局等,直接关系到整车的性能和运行状态,也影响控制器本身性能和效率.不同品质的控制器,用在同一辆车上,配用同一组相同充放电状态的电池,有时也会在续驶能力上显示出较大差别.电动车电机的控制系统一般由电动机、功率变换器、传感器和器 电动车控制器组

15、成。电动车电动机控制系统应根据其控制算法的复杂程度，选择比较合适的微处理器系统。较为简单的有选用单片机控制器，复杂的可使用DSP控制器，最新出现的电动机驱动专用芯片可以满足一些辅助系统电机控制需求。对电动汽车电动机控制器而言，一般较为复杂宜使用DSP处理器。控制电路主要包括以下几部分：控制芯片及其驱动系统、AD采样系统、功率模块及其驱动系统、硬件保护系统、位置检测系统、母线支撑电容等3. 电动车控制系统的型式 目前,电动自行车所采用的控制器电路原理基本相同或接近.有刷和无刷直流电机大都采用脉宽调制的PWM控制方法调速,只是选用驱动电路、集成电路、开关电路功率晶体管和某些相关功能上的差别.元器件

16、和电路上的差异,构成了控制器性能上的不大相同.控制器从结构上分两种,我们把它称为分离式和整体式。1、分离式 所谓分离,是指控制器主体和显示部分分离.后者安装在车把上,控制器主体则隐藏在车体包厢或电动箱内,不露在外面.这种方式使控制器与电源、电机间连线距离缩短,车体外观显得简洁。2、一体式 控制部分与显示部分合为一体,装在一个精致的专用塑料盒子里.盒子安装在车把的正中,盒子的面板上开有数量不等的小孔,孔径45mm,外敷透明防水膜.孔内相应位置设有发光二极管以指示车速、电源和电池剩余电量。4. 电动车控制系统主要功能超静音设计技术：独特的电流控制算法，能适用于任何一款控制器无刷电动车电机，并且具有

17、相当的控制效果，提高了电动车控制器的普遍适应性，使电动车电机和控制器不再需要匹配。恒流控制技术：电动车控制器堵转电流和动态运行电流完全一致，保证了电池的寿命，并且提高了电动车电机的启动转矩。自动识别电机模式系统：自动识别电动车电机的换相角度、霍尔相位和电机输出相位，只要控制器的电源线、转把线和刹车线不接错，就能自动识别电机的输入及输出模式，可以省去无刷电动车电机接线的麻烦，大大降低了电动车控制器的使用要求。随动abs系统：具有反充电/汽车EABS刹车功能，引入了汽车级的EABS防抱死技术，达到了EABS刹车静音、柔和的效果，不管在任何车速下保证刹车的舒适性和稳定性，不会出现原来的abs在低速情

18、况下刹车刹不住的现象，完全不损伤电机，减少机械制动力和机械刹车的压力，降低刹车噪音，大大增加了整车制动的安全性；并且刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维护，延长电池寿命，增加续行里程，用户可根据自己的骑行习惯自行调整EABS刹车深度。电机锁系统：在警戒状态下，报警时控制器将电机自动锁死，控制器几乎没有电力消耗，对电机没有特殊要求，在电池欠压或其他异常情况下对电动车正常推行无任何影响。自检功能：分动态自检和静态自检，控制器只要在上电状态，就会自动检测与之相关的接口状态，如转把，刹把或其它外部开关等等，一旦出现故障，控制器自动实施保护，充分保证骑

19、行的安全，当故障排除后控制器的保护状态会自动恢复。反充电功能：刹车、减速或下坡滑行时将EABS产生的能量反馈给电池，起到反充电的效果，从而对电池进行维护，延长电池寿命，增加续行里程。堵转保护功能：自动判断电机在过流时是处于完全堵转状态还是在运行状态或电机短路状态，如果过流时是处于运行状态，控制器将限流值设定在固定值，以保持整车的驱动能力；如电机处于纯堵转状态，则控制器2秒后将限流值控制在10A以下，起到保护电机和电池，节省电能；如电机处于短路状态，控制器则使输出电流控制在2A以下，以确保控制器及电池的安全。动静态缺相保护：指在电机运行状态时，电动车电机任意一相发生断相故障时，控制器实行保护，避

20、免造成电机烧毁，同时保护电动车电池、延长电池寿命。功率管动态保护功能：控制器在动态运行时，实时监测功率管的工作情况，一旦出现功率管损坏的情况，控制器马上实施保护，以防止由于连锁反应损坏其他的功率管后，出现推车比较费力的现象。防飞车功能：解决了无刷电动车控制器由于转把或线路故障引起的飞车现象，提高了系统的安全性。1+1助力功能：用户可自行调整采用自向助力或反向助力，实现了在骑行中辅以动力，让骑行者感觉更轻松。巡航功能：自动/手动巡航功能一体化，用户可根据需要自行选择，8秒进入巡航，稳定行驶速度，无须手柄控制。模式切换功能：用户可切换电动模式或助力模式。防盗报警功能：超静音设计，引入汽车级的遥控防

21、盗理念，防盗的稳定性更高，在报警状态下可锁死电机，报警喇叭音效高达125dB以上，具有极强的威慑力。并具有自学习功能，遥控距离长达150米不会有误码产生。倒车功能：控制器增加了倒车功能，当用户在正常骑行时，倒车功能失效；当用户停车时，按下倒车功能键，可进行辅助倒车，并且倒车速度最高不超过10km/h。遥控功能：采用先进的遥控技术，长达256的加密算法，灵敏度多级可调，加密性能更好，并且绝无重码现象发生，极大地提高了系统的稳定性，并具有自学习功能，遥控距离长达150米不会有误码产生。高速控制：采用最新的为马达控制设计专用的单片机，加入全新的BLDC控制算法，适用于低于6000rpm高速、中速或低

22、速电机控制。电机相位：60度120度电机自动兼容，不管是60度电机还是120度电机，都可以兼容，不需要修改任何设置。 5. 能量回馈5.1基本原理电动车用无刷直流电机的能量回馈方式分为减速制动能量回馈和刹车停止能量回馈。前一种能量回馈是当电机转速超过基速时,根据电动机与发电机可逆的原理,通过控制器使电机产生反向的转矩,同时将发电机产生的电能存储于蓄电池中。后一种能量回馈工作原理与前一种相同,不同的是以制动性能为重点,使得能量回馈效率偏低。所以电动车的能量回馈多处于前一种情况。在能量回馈过程中,由于制动力矩产生的电压低于蓄电池电压,为实现对蓄电池的充电,需要升压斩波电路(Boost Choope

23、r Circuit)对回馈能量的电压进行升压控制。目前关于无刷直流电机能量回馈的PWM控制主要为半桥控制。而无刷直流电机能量回馈过程在一个 PWM 开关周期内可分为两个阶段,即续流阶段和回馈阶段。下图1，图2，图3分别是半桥调制时理想反电动势和电流波形，半桥调制下续流阶段电流流向图，半桥调制下回馈阶段电流流向图。 图1 理想情况下反电动势和电流波形 图2 半桥调制下续流阶段电流流向图 图3 半桥调制下回馈阶段电流流向图(1)续流阶段续流阶段,无刷直流电机的电流流向图如图 2所示。Q4 导通为电流提供续流通道。在此阶段,制动产生的电能存储于三相绕组的电感中。在电机反电动势作用下,电流通过 D2

24、构成了一条由B A的续流通道，同时存在一条通过 D6 流向 C 相的电流通道(2)回馈阶段Q4 关断期间,在反电动势和寄生电感的共同作用下,之前存储于三相绕组上的能量与反电动势一起向蓄电池共同回馈能量。此阶段,电流流向图如图 3所示,Q4 关断,电流经 D3 回馈到蓄电池,同样存在通过 D2 流向 A 相和通过 D6 流向 C 相的电流通路5.2约束条件电动车用无刷直流电机能量回馈控制系统应满足整车运行的一些具体要求,如刹车的安全性,电池的安全保证和充电特性,电机的回馈能力,电机当前的转速等。回馈制动应根据整车制动的实际情况与需求采取相应的控制策略,在满足一定约束条件下,尽最大程度的对制动能量

25、进行回收。在能量回馈控制期间,应满足以下约束条件:1.满足制动安全的要求在制动过程中,对安全的要求是第一位的,制动应保证整车满足安全制动距离和制动减速度。在缓速制动和制动强度适中的一般制动中,能量回馈控制能够保证整车的减速度、制动距离满足制动要求,可以优先考虑能量回馈控制。但是对于制动强度大的紧急制动,需要采用机械制动。2.电机系统的安全要求无刷直流电机在发电时相当于一个发电机,能量从电机通过控制器回馈到蓄电池。此时,为保证电机系统运行的安全性,应考虑发电状态下无刷直流电机的工作特性和输出能力,对回馈过程中电流的大小进行限制。3.电池组的充电安全性由于电动车车载能源多是铅酸蓄电池、镍氢电池等,

26、为延长电池的使用寿命,除了应对能量回馈过程中的电池充电电流、电压进行限制外,还应考虑蓄电池的剩余电量,避免出现过充电现象。6. 电动车控制系统双闭环控制限流调速 无刷直流电机的调速主要靠改变电枢两端的电压来实现，最常用的就是PWM调速。PWM调速的原理是：利用全控型电力电子器件的导通与关断，将恒定的直流电压调制成大小可改变的直流电压作为电机的电枢绕组端电压，实现速度的平滑调节；简单说就是改变PWM驱动信号占空比，就可以改变电机定子绕组端电压，实现转速控制,也就可以进行加速和减速的控制，对于控制电机的正反转，只需要控制逆变器的通电相序即可，即改变定子的旋转磁场的方向。6.1 双闭环控制 上述直流

27、电机的PWM调速虽然是至关重要的，但是只是利用它开环调速会使系统不稳定，因此考虑用闭环系统来控制。转速负反馈单闭环控制系统可以保证无刷直流电机实现转速无静差，但不能控制动态过程的电流和转矩，很难实现电机的快速起动和制动。为了满足无刷直流电机控制系统抗干扰能力强、实时性和快速性好的要求，就必须在速度负反馈基础上引入电流负反馈来控制系统动态过程。无刷直流电机双闭环串级控制系统包括内环电流调节器和外环转速调节器，系统输入为速度设定值和实际速度反馈量的偏差，速度调节器输出得到电流给定值，与电流检测值比较，经过电流调节器控制PWM输出占空比，实现无刷直流电机的转速控制。6.2 PID控制在闭环系统中，常

28、采用PID调节器来使系统获得更稳定的性能。PID控制器的输入为给定值与参量实际反馈值的偏差，将偏差进行比例放大、积分、微分运算后，输出控制量作用于被控对象，使被控参量达到给定值。在PID控制器中，比例控制器能迅速反应误差，从而减少误差，但比例控制不能消除稳态误差，Kp的加大，会引起系统的不稳定;积分控制的作用是，只要系统存在误差，积分控制作用就不断地累积，输出控制量以消除误差，因而，只要有足够的时间，积分控制将能够完全消除误差，积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡;微分控制可以减少超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能

29、。 根据偏差的比例（P）、积分(I)、微分(D)进行控制，简称PID控制，PID的传递函数如下：其中Kp为比例增益，Ti了为积分时间常数为微分时间常数，U（t）为控制量e（t）为偏差。 对应的控制原理框图如下：图4 PID控制原理图7. 研究中存在的问题问题一：双闭环控制无刷直流电机双闭环串级控制系统包括内环电流调节器和外环转速调节器，系统输入为速度设定值和实际速度反馈量的偏差，速度调节器输出得到电流给定值，与电流检测值比较，经过电流调节器控制PWM输出占空比，实现无刷直流电机的转速控制。可以用传统的PID控制算法来实现电机的双闭环控制，如果效果不是太理想的话，可以在PID控制算法的基础上增加

30、一些如自适应控制算法和模糊控制算法，这都要到后续的工作中才能实现。问题二：保护功能1、制动断电 电动自行车车把上两个钳形制动手把均安装有接点开关.当制动时,开关被推压闭合或被断开,而改变了原来的开关状态.这个变化形成信号传送到控制电路中,电路根据预设程序发出指令,立即切断基极驱动电流,使功率截止,停止供电.因而,既保护了功率管本身,又保护了电动机，也防止了电源的浪费2、欠压保护 这里指的是电源的电压.当放电最后阶段,在负载状态下,电源电压已经接近“放电终止电压”,控制器面板(或仪表显示盘)即显示电量不足,引起骑行者的注意,计划自己的行程.当电源电压已经达到放终时,电压取样电阻将分流信息馈入比较

31、器,保护电路即按预先设定的程序发出指令,切断电流以保护电子器件和电源.3、过流保护 电流超限对电机和电路一系列元器件都可能造成损伤,甚至烧毁,这是绝对应当避免的.控制电路中,必须具备这种过电流的保护功能,在过流时经过一定的延时即切断电流.4、过载保护 过载保护和过电流保护是相同的,载重超限必然引起电流超限.电动自行车说明书上都特别注明载重能力,但有的骑行者或未注意这一点,或抱着试一下的心理故意超载.如果没有这种保护功能,不一定在哪个环节上引起损伤,但首当其冲的就是开关功率管,只要无刷控制器功率管烧毁一只,变成两相供电后电动机运转即变得无力,骑行者立即可以感觉到脉动异常;若继续骑行,接着就烧毁第

32、2个、第3个功率管.有两相功率管不工作,电动机即停止运行,有刷电机则失去控制功能.因此,由过载引起的过电流是很危险的.但只要有过电流保护,载重超限后电路自动切断电源,因超载而引起的一系列后果都可以避免.5、欠速保护 仍然属于过流保护范畴,是为不具备0速起步功能的无刷控制系统而设置,6、限速保护 是助力型电动自行车独有的设计控制程序.车速超过某一预定值时,电路停止供电不予助力.对电动型电动自行车而言,统一规定车速为20km/h,车用电动机在设计时,额定转速就已经设定好了,控制电路也已经设好.电动自行车只能在不超过这个速度状态下运行问题三：能量回馈控制策略无刷直流电机的能量回馈过程中,主要有以下几

33、个方面对能量回馈效率产生影响：（1）电机转速无刷直流电机的能量回馈效率与电机反电动势的大小有关,而电机反电动势的大小受电机转速影响。所以电机转速是能量回馈控制策略必须考虑的主要因素之一。（2）电机电流能量回馈要保证刹车的安全性能,所以能量回馈控制就必须保持一定的制动力矩。而电机的制动力矩正比于电机电流,因此可以通过控制电机电流的方式使电机在能量回馈时产生一定的制动力矩。在能量回馈控制过程中,根据控制目标的不同,通常可采用的控制策略有最大回馈功率策略、最大回馈效率制动策略和恒转矩控制策略：(1)以制动电流为控制对象的最大能量回馈功率策略,仅以制动能量回收最大化为控制目标,但是却没有忽略了蓄电池的

34、承受能力。(2)以延长制动距离为前提来提高回馈效率的最大回馈效率控制策略,没有充分考虑电动车的制动性能要求,而且需要实时检测负载阻力矩的大小,所以在实际应用中存在一定的缺陷。(3)恒转矩控制策略也称恒流控制策略,该策略为整车提供稳定的制动力矩,使车辆在能量回馈时保持所需的减速度,在这种前提下提高电动车的能量回馈效率。考虑各部件对制动安全性、可靠性、使用寿命、回馈电压以及电流承受能力等要求,我们选择了恒转矩控制的能量回馈控制策略。PWM 占空比、电机电流、转速、反电动势、制动转矩和回馈能量之间的关系如图 5所示。由图可知可通调节 PWM 占空比控制电机转速和制动电流的大小,进而实现对无刷直流电机

35、能量回馈过程的控制。因此,我们将基于上述的这种控制关系设计能量回馈控制器。 图5 能量回馈控制系统变量关系图七.学位论文工作进度安排2015年8月12月：资料收集、开题。2016年01月04月：将电机控制系统的PCB图出板，并完成电机控制算法的编程实现。2016年05月07月：试验调试来验证方案。2016年 08月10月：对项目开发进行总结，完善相关技术文档。2016年10月12月：论文的撰写修改和完善。硕士生签名： 年 月 日八、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日查阅主要文献资料目录清单序号作 者题 目刊物名称期（卷）号年份起止页码1鲁 明一种半桥驱动的无刷直流电机位置检测方法微电机4

36、7（2）20112成立，奚家健，李宁一种半/全桥PWM切换策略电动车能量回馈法江苏大学学报34(3）20133师争光基于反电势过零检侧无刷直速电机控制系统的设计与研究中南大学硕士论文20094杨艳基于DSP的无刷直流电机数字控制系统研究湖南大学硕士论文20025李广志电动车用三相无刷直流电机控制系统大连理工大学硕士论文20106张磊，肖伟，瞿文龙直接检测无刷直流电机转子位置信号的方法清华大学学报46( 4)20067刘平无位置传感器无刷直流电机控制系统与换相研究重庆大学硕士论文20088李宪全，杨春玲面向电动车的新型无位置传感器无刷直流电机控制系统设计电子技术应用20099陶永华新型PID控制

37、及其应用机械工业出版社200510李鑫基于TMS320F2812的永磁同步电机伺服系统的研究自动化与仪器仪表200733-3611 樊东永磁同步电机伺服驱动器的研究与开发中南大学硕士论文200612 刘鸿皓 赵克友 于海生永磁同步电动机速度控制方案电气传动36(2)200625-2613徐宏基于DSP的永磁同步伺服系统的研究大连理工大学硕士论文200614张帆直接转矩控制问题的研究及DSP系统设计200815李广志电动车用三相无刷直流电机控制系统大连理工大学硕士论文201016常波基于模糊PID算法的无刷直流电机调速研究与设计电子科技大学硕士论文201217王严基于单片机的无刷直流电机控制系统

38、设计与研究南京邮电大学硕士论文201318钟晓伟电动自行车用无刷直流电机控制系统研究东北林业大学硕士论文201119陈国强 王 辉 周健基于母线电流控制的直流无刷电动机转矩脉动抑制方法研究防爆电机131（41）20简瑶基于TMS320F2812的无刷直流电机控制系统设计西北工业大学硕士论文200721常波基于模糊PID算法的无刷直流电机调速研究与设计电子科技大学硕士论文201222顾绳谷电机与拖动基础机械工业出版社第四版200719-5123杨奎滨高效无刷直流电机控制系统的设计与研究沈阳工业大学硕士论文201224王国伟基于DSP2812的无刷直流电机控制系统研究安徽大学硕士论文201025谢

39、俊基于DSP的无刷直流电机控制系统的设计与仿真研究武汉理工大学硕士论文201026陈涛基于DSP的无刷直流电机控制系统研究与实现桂林电子科技大学硕士论文201027R. MURUGAN ；S. NANDAKUMAR ；M. S. MOHIYADEENDSP-based electric power assisted steering using BLDC motorSADHANA33(5)200828Zhuoran Zhang ；Yangguang Yan ；Shanshui Yang ；Zhou Bo Development of a New Permanent-Magnet BLDC Ge

40、nerator Using 12-Phase Half-Wave RectifierIEEE Transactions on Industrial Electronics 56(6)200929Xintong, J. ；Jingwei, X. ；Yong, L. ；Yongping, L.Theoretical and Simulation Analysis of Influences of Stator Tooth Width on Cogging Torque of BLDC MotorsIEEE Transactions on Magnetics 45(10)200930Aghili,

41、F.Ripple Suppression of BLDC Motors With Finite Driver/Amplifer Bandwidth at High VelocityIEEE transactions on control systems technology19(2)201131Jin-Soek Jang ；Ho-Hyun Kim ；Byung-Taek KimTorque ripple minimization in a BLDC motor using an improved voltage control methodInternational journal of ap

42、plied electromagnetics and mechanics33(1/2)201032Anand Sathyan ；Nikola Milivojevic ；Young-Joo Lee ；Mahesh Krishnamurthy ；Ali EmadiAn FPGA-Based Novel Digital PWM Control Scheme for BLDC Motor DrivesIEEE Transactions on Industrial Electronics56(8)200933 Lee, K.-W. ；Hong, J. ；Lee, S. B. ；Lee, S.Qualit

43、y Assurance Testing for Magnetization Quality Assessment of BLDC Motors Used in CompressorsIEEE Transactions on Industry Applications 46(6)2010 34Lee, K.-W. ；Hong, J. ；Lee, S. B. ；Lee, S.Quality Assurance Testing for Magnetization Quality Assessment of BLDC Motors Used in CompressorsIEEE Transaction

44、s on Industry Applications46(6)201035Yong-Min You ；Dae-Kyong Kim ；Byung-Il KwonA rotor design of a BLDC motor used for reciprocating compressor considering demagnetizationInternational journal of applied electromagnetics and mechanics33(1/2)201036Liviu Ioan Iepure ；Ion Boldea ；Frede BlaabjergHybrid

45、I-f Starting and Observer-Based Sensorless Control of Single-Phase BLDC-PM Motor DrivesIEEE Transactions on Industrial Electronics 59(9)201237Haifeng Lu ；Lei Zhang ；Wenlong QuA New Torque Control Method for Torque Ripple Minimization of BLDC Motors With Un-Ideal Back EMFIEEE Transactions on Power Electronics23(2)200838Joice, C. S. ；Paranjothi, S. R. ；Kumar, V. J. S.Digital Control Strategy for Four Quadrant Operation of Three Phase BLDC Motor