电动汽车电机控制器方案设计说明书

电动汽车电机掌握器方案设计说明书引言以其零排放的优点受到世界各国的重视，并成为将来车辆的一个进展趋势。机的寿命和效率降低，目前比较的无刷直流电机，这种电机寿长，效率比较高位置传感器的安装精度不够导致掌握效果不是很好和寿命短的问题动器，比传统的直流系统相比。目前争论比较多的是沟通异步电机及其掌握器的问题。高速恒功率模式使整机效率更加优越。动汽车上的广泛应用成为进展趋势。本系统承受无速度传感器矢量掌握策略，提高电机工作效率，承受SVPWM技术，提高电压利用率，并削减谐波干扰，并抑制了传统直流系统电动车启动力矩缺乏的缺点。硬件总体说明系统总共分为三块电路板叠成立体方式实现。功率变化电路总体说明功能介绍120度理论依据ACI3_11所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪1ACI3_1的简易系统图图1所示为三相感应电机驱动的完整系统图电机，DSP输出六路PWM信号掌握逆变器的六个MOSFET的通断，从而掌握电机电压。还有一个捕获输入脚用来捕获电机速度传感器的输出以测量电机转速使用速度传感器，所以没有速度反响，整个系统是一个开环系统。2所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪2感应电机的等效电路在V/Hz掌握中，感应电动机的转速由可调整的定子电压大小和对应的频率大小一起掌握，其中磁通量在固定状态总是保持预期值。假设定子电阻(Rs)为0，产生气隙磁通的磁化电流近似等于定子电压与频率比。它们的矢量关系式(forsteady-state分析)为：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪假设感应电动机运行在线性磁场区域，则Lm是不变的。那么，等式(1)可以在数值方面被简化为：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪由此推出关系式：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪为了保持电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪不变，电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪的比值在不同的转速也要不变。当转速增大时，为了保持电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪的比值不变，则定子电压必需要按比例增大。然而，频率〔或同步转速〕不是真正的转速，由于存在转差s。在空载时，s很小，转速接近同步转速。因此，简洁的开环恒压频比掌握系统不能准确地掌握存在负载转矩的转速，需要参加速度传感器。在实际中，定子电压与频率的比率通常基于这些变量的额定值。V/Hz典型轮廓曲线如图3所示。主要地，V/Hz特性曲线有三个转速范围，如以下图所示，其中电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪为截止频率，电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪为额定频率，电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪为定子电压，电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪为定子额定电压：0-电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪时，定子电阻压降不能Vs来补偿。所以，V/HzRs≠0的稳态等效电路中解析计算出截止频率(fc)和适当的定子电压。在电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪-电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪〔基频〕时，则遵循V/Hz不变关系。图上的斜度代表了等式〔2〕中的气隙磁通量。在大于电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪〔基频〕Hz时,为了避开定子绕组绝缘击穿，定子电压必需最多只能等于额定值，所以不能连续保持Vs/f比率不变。于是，导致气隙磁通将会削减，不行避开地引起转矩相应地降低。这区域通常被称为弱磁升速区，电机在此区域为恒功率运行。电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪系统框图电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪系统原理框图电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪系统程序框图程序流程图电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪ACI3_4〔无速度传感器矢量掌握程序〕总体说明功能介绍小。掌握方法。理论依据速来估量转差率s，进而计算同步转速，而没有磁通估量。直接磁场定向掌握中，同步转速磁通评估器。沟通电机直接转子磁场定向掌握的根底是将总磁场定向在以同步速度旋转的d磁转矩和磁通可以分别由同步旋转坐标系中定子电流的d轴重量和q所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪转子磁场定向掌握中的定子电流和转子磁通向量系统框图掌握系统整体构造图如下，使用六路PWM信号掌握三相逆变器的六个MOSFET，三项逆变器将48V直流电逆变成三相正弦沟通电，驱动异步电机旋转。承受三个AD采样通道分别采样A、B相电流和母线电压，作为反响量估算转子磁通角和转子转速并调整PWM占空比。电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪原理框图如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪直接转子磁场定向系统原理框图系统程序模块框图如下如所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪系统程序框图程序流程图软件模块说明ACI_FE该模块是一个是基于反电动势反向靠近积分的三相感应电机的磁通评估器产生转子角，通过积分补偿器引入补偿电压以减小纯积分器和定子电阻测量的误差，因此，磁通估量器可以在很大的转速范围内工作，即使是转速很低的状况。模块的输入输出量如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪该模块涉及的文件有：C文件：aci_fe.c，aci_fe.hIQmath库文件：IQmathLib.h，IQmath.lib使用的变量描述：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪磁通估量器的整体框图如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪在静止坐标系中转子磁链主要是通过对电压型中的反电动势积分得到的器供给补偿电压，可以对纯积分器和定子电阻测量的误差进展处理。程序流程图如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪ACI_SE模块作用：这个软件模块是基于数学模型的三相感应电机的速度评估器关键参数。模块的输入输出量如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪C文件：aci_se.c，aci_se.hIQmath库文件：IQmathLib.h，IQmath.lib所使用的变量描述：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪模块原理开环速度评估器是基于静止坐标系中的感应电机的机械方程，准确的机械参数是必不行少的，否则将会产生稳态转速误差，但是，这个评估器的构造与其他高级技术相比更加简洁。电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪正反转时的转子磁通角波形程序流程图如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪CLARK? 作用：将两相电流值由三相abc坐标系转换到两相静止电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪坐标系。? 模块的输入输出量如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? CVersionFileNames：clarke.c，clarke.h? IQmathlibraryfilesforC：IQmathLib.h，IQmath.lib? 变量定义电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪FC_PWM_DRV? 作用：依据占空比产生空间矢量PWM输出。? CVersionFileNames：f281xpwm.c，f281xpwm.h(forx281x)f280xpwm.c，f280xpwm.h(forx280x)? IQmathlibraryfilesforC：N/A? 变量定义构造体变量PWMGEN定义如下：typedefstruct{Uint16PeriodMax;//Parameter：PWMHalf-PeriodinCPUclockcycles(Q0)int16MfuncPeriod;//Input：Periodscaler(Q15)int16MfuncC1;//Input：PWM1&2Dutycycleratio(Q15)int16MfuncC2;//Input：PWM3&4Dutycycleratio(Q15)int16MfuncC3;//Input：PWM5&6Dutycycleratio(Q15)void(*init);//Pointertotheinitfunctionvoid(*update);//Pointertotheupdatefunction}PWMGEN;typedefPWMGEN*PWMGEN_handle;? 各个变量的数据格式电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪I_PARK? d-q〔原创〕-ZZ-狂风悟浪旋转坐标系。? 该模块的输入和输出变量如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? CVersionFileNames：ipark.c，ipark.h? IQmathlibraryfilesforC：IQmathLib.h，IQmath.lib? 变量定义构造体变量IPARK定义如下：typedefstruct{_iqAlpha;//Output：stationaryd-axisstatorvariable_iqBeta;//Output：stationaryq-axisstatorvariable_iqAngle;//Input：rotatingangle(pu)_iqDs;//Input：rotatingd-axisstatorvariable_iqQs;//Input：rotatingq-axisstatorvariablevoid(*calc);//Pointertocalculationfunction}IPARK;typedefIPARK*IPARK_handle;? 变量类型如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪ILEG2_DCBUS_DRV? 作用：这个模块同时进展三通道的AD转换，转换过程中使用了可以编程设置的增益gai〕和偏置offse。AD转换由EPWM1CNT_zer〔定时器为0〕果表示两个相电流和母线电压。使用的是GPTimer1? 模块的输入输出量如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? CVersionFileNames：f281xileg_vdc.c，f281xileg_vdc.h(forx281x)f280xileg_vdc.c，f280xileg_vdc.h(forx280x)? IQmathlibraryfilesforC：N/A? 变量定义构造体变量ILEG2DCBUSMEAS定义如下：typedefstruct{int16ImeasAGain;//Parameter：gainforIa(Q13)int16ImeasAOffset;//Parameter：offsetforIa(Q15)int16ImeasA;//Output：measuredIa(Q15)int16ImeasBGain;//Parameter：gainforIb(Q13)int16ImeasBOffset;//Parameter：offsetforIb(Q15)int16ImeasB;//Output：measuredIb(Q15)int16VdcMeasGain;//Parameter：gainforVdc(Q13)int16VdcMeasOffset;//Parameter：offsetforVdc(Q15)int16VdcMeas;//Output：measuredVdc(Q15)int16ImeasC;//Output：computedIc(Q15)Uint16ChSelect;//Parameter：ADCchannelselectionvoid(*init);//Pointertotheinitfunctionvoid(*read);//Pointertothereadfunction}ILEG2DCBUSMEAS;typedefILEG2DCBUSMEAS*ILEG2DCBUSMEAS_handle;? 变量数据格式如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪程序流程图如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪PARK? 作用：将变量由两相静止坐标系转换到两相旋转坐标系。? 输入输出量如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? CVersionFileNames：park.c，park.h? IQmathlibraryfilesforC：IQmathLib.h，IQmath.lib? 变量定义构造体变量PARK定义如下：typedefstruct{_iqAlpha;//Input：stationaryd-axisstatorvariable_iqBeta;//Input：stationaryq-axisstatorvariable_iqAngle;//Input：rotatingangle(pu)_iqDs;//Output：rotatingd-axisstatorvariable_iqQs;//Output：rotatingq-axisstatorvariablevoid(*calc);//Pointertocalculationfunction}PARK;typedefPARK*PARK_handle;变量数据格式如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪PID_REG3? 32位带抗积分饱和功能的数字PIDPI或PD掌握器，使用了渐渐靠近的方法。? 输入输出量：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? CVersionFileNames：pid_reg3.c，pid_reg3.h? IQmathlibraryfilesforC：IQmathLib.h，IQmath.lib? 变量定义：构造体变量PID_REG3定义如下：typedefstruct{_iqRef;//Input：Referenceinput_iqFdb;//Input：Feedbackinput_iqErr;//Variable：Error_iqKp;//Parameter：Proportionalgain_iqUp;//Variable：Proportionaloutput_iqUi;//Variable：Integraloutput_iqUd;//Variable：Derivativeoutput_iqOutPreSat;//Variable：Pre-saturatedoutput_iqOutMax;//Parameter：Maximumoutput_iqOutMin;//Parameter：Minimumoutput_iqOut;//Output：PIDoutput_iqSatErr;//Variable：Saturateddifference_iqKi;//Parameter：Integralgain_iqKc;//Parameter：Integralcorrectiongain_iqKd;//Parameter：Derivativegain_iqUp1;//History：Previousproportionaloutputvoid(*calc);//Pointertocalculationfunction}PIDREG3;typedefPIDREG3*PIDREG3_handle;数据格式：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? PID原理和实现方法：PID掌握系统框图如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪其中：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪u(t)是PID的输出upresat(t)是饱和之前的输出e(t)是参考量和反响量之差Kp是比例系数Ti积分时间〔或复位时间〕Td是微分系数Kc是积分补偿系数将上述方程使用反向靠近的方法来离散化，则方程变为如下形式：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪定义电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪则〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪其中T是采样周期。软件流程图如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪SVGEN_DQ〔SVPWM模块〕? 作用：PWM技术的给定定子参考电压。定子参考电压由电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明〔原创〕-ZZ-Ualpha和Ubeta。? 这个模块的输入输入变量如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪?CVersionFileNames：svgen_dq.c，svgen_dq.h? IQmathlibraryfilesforC：IQmathLib.h，IQmath.lib? 变量定义构造体SVGENDQ定义如下：typedefstruct{_iqUalpha;//Input：referencealpha-axisphasevoltage_iqUbeta;//Input：referencebeta-axisphasevoltage_iqTa;//Output：referencephase-aswitchingfunction_iqTb;//Output：referencephase-bswitchingfunction_iqTc;//Output：referencephase-cswitchingfunctionvoid(*calc);//Pointertocalculationfunction}SVGENDQ;typedefSVGENDQ*SVGENDQ_handle;? 各变量的数据格式电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? 软件流程图如下电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪? 模块原理：三相电压逆变器如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪空间矢量PWM用来依据肯定的挨次驱动三个上桥臂的MOSFET导通，每相的下桥臂和同子绕组中产生旋转磁场。系统等效电路如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪开关管导通挨次和对应线电压和相电压之间的关系如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪对应电压关系：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪用矩阵形式表示如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪660°扇区如以下图所示，其中的矢量为根底空间矢量。电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪、电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪分别代表电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪和电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪的电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪和电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪重量之和，表达式如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪T1、T3分别是U0、U60的持续作用时间，T0是空矢量的持续时间。这些时间可以使用下面的方法计算：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪由于U0=U60=电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪，所以有如下关系：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪U0和U60之间时，t1t2计算如下，T1、T3分别为U0和U120作用的时间。电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪U60U120之间时，t1t2计算如下，T2、T3分别为U60U120作用的时间。电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪假设定义X、Y、Z如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪在不同区间时t1t2与X、Y、Z之间的对应关系如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪通过CLARK逆变换，得到电压Vref1、Vref2、Vref3如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪定子参考电压的电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪重量如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电压Vref1、Vref2、Vref3如下电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪假设Vref1>0a=1，否则a=0假设Vref2>0b=1，否则b=0假设Vref3>0c=1，否则c=0可变区间的定义为：sector=4?c+2?b+a三个相电压关系如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪空间矢量PWM模块被分成以下几个局部：l 划分区间l 计算X、Y和Zl 计算t1和t2l 打算占空比taon、tbon和tconl 将占空比传给Ta、Tb和Tc占空比计算如下：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪CAN通信和液晶显示程序承受CAN通信将要显示的数据送到液晶显示屏进展显示。程序流程图如以下图所示：电动汽车电机掌握器方案设计说明书〔原创〕-ZZ-狂风悟浪方向掌握程序按键程序，通过推断两个按键的状况来选择正转、反转。状态如下：状态正转开关反转