电动汽车产品开发教程 课件 4.车用驱动电机系统开发4

车用驱动电机系统开发4.44.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机结构直流电机核心构成直流电动机主要由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间的间隙被称为气隙。定子组成与作用定子固定不动，主要用于产生磁场和作为电机机械支撑，包含主磁极、换向极、补偿绕组、磁轭、端盖、电刷装置等。转子组成与特点转子绕定子旋转，由电枢绕组和电枢铁芯构成的电枢、换向器、转轴、风扇等部件组成。结构资料配套直流电动机的结构图如图4-67所示，表4-74给出了其主要构成要素及对应作用。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机结构1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—刷架；6—换向器；7—接线板；8—出线盒；9—换向极；10—端盖；11—极掌；12—极心；13—励磁绕组；14—转子；15—机座

01直流电机结构组成分为定子和转子两大部分，定子含主磁极、换向极、补偿绕组、磁轭，转子含电枢、换向器、转轴，各部件有对应构成材料与功能。

02直流电机性能优势调速性能好，可重负载下均匀平滑无级调速，调速范围宽、控制稳定，启停耗能小，还有响应快、起动转矩大等特性，适用于轧钢机、卷扬机等设备。

03直流电机存在局限容量远小于交流电动机，依靠碳刷及整流子维持磁场角度，运转时会产生火花及碳粉，易损坏组件且使用场合受限。直流电机结构组成单匝线圈abcd安置在N、S主极中，ab、cd为有效边，连接隔离换向片随转子旋转，固定电刷A、B连接线圈与外电路。电磁力与转矩原理请在此输入您的文本。直流电机旋转过程电刷接直流电源后线圈有电流，ab在N极下受从右到左电磁力，cd在S极下受从左到右电磁力，驱动电枢逆时针旋转。电磁力转矩公式说明载流导体受电磁力符合(4-8)式，含磁感应强度B、有效边长度；线圈电磁转矩符合(4-9)式，含电枢直径D。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的工作原理工作原理基础结构4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的工作原理转矩与转向原理

半周换向原理线圈转过180°后，ab、cd导体磁极位置互换，因直流电源电流方向不变，通过换向器使导体受力方向不变，维持逆时针旋转。

转向控制说明改变直流电源极性，电枢线圈电流方向改变，导体受力方向反转，电机将顺时针方向旋转。

电枢电流特性直流电动机电枢线圈内电流为交变方向，换向器使N、S极下导体电流方向固定，产生单方向电磁转矩。实际电机电枢由多线圈均匀分布按规律连接，各线圈电磁转矩方向一致，总转矩为各线圈转矩之和。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的工作原理电机分类与励磁方式

直流电动机分类分为永磁直流电动机和电励磁直流电动机，前者主磁场由永磁体产生，后者由励磁绕组通直流电产生。

电励磁方式划分电励磁直流电动机分他励和自励两类，他励绕组由其他电源供电，与电枢绕组无电联系。

自励式电机细分自励式直流电动机按绕组连接方式，分为并励、串励、复励三种，分别采用并、串、混联方式。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的基本特性

电机类型与基础设定明确以电动机惯例规定物理量正方向，主要介绍他励、并励、串励三种直流电动机的基本特性。

电机基本方程解析涵盖电压、转矩、功率三类平衡方程，分别阐述不同励磁方式电机的方程表达式与参数含义。

电机工作特性说明指额定电压与励磁电流下，转速、电磁转矩、效率和输出功率的关系，他励与并励特性相似。

电机机械特性分析以他励电机为例，讲解机械特性表达式、固有机械特性的定义、特点及额定工作点等内容。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的基本特性2）人为机械特性。当改变U或Ra或Φ时得到的机械特性称为人为机械特性。人为机械特性主要有电枢回路串电阻、降低电枢电压和减小气隙磁通量（弱磁调速）三种。通过改变它们的数值，可实现直流电动机的调速

电枢串电阻调速特性理想空载转速不变，串入电阻越大特性越软，稳定性越差，仅能向下调速，损耗大但设备简单投资小。

降电枢电压调速特性机械特性硬度不变，转速稳定性好，仅能向下调速，铜耗与转速无关效率高，可实现无级调速。

弱磁调速特性分析属于弱磁调速，仅能在额定转速以上调速，控制方便损耗小，转速提升受换向和机械强度限制。

调速方法适用场景基速以下常用变电枢电压调速，基速以上采用弱磁调速，以此拓宽直流电动机的调速范围。

电枢反应影响说明实际电枢反应有去磁效应，会使机械特性上翘影响稳定性，大容量电机可加补偿绕组抵消影响。调速控制需求与方法电动汽车行驶工况等常变，需调节电机转矩及转速；直流电机调速有电枢电压调节等方法。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的控制4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的控制电枢电压调节法详解

电枢调压调速原理通过改变电枢电压控制电机转速，适用于基速以下调速；降压时经电流、转矩变化，电机最终在低转速稳定运转。PWM调压调速方式斩波器脉宽调制属于电枢电压调节法，直流电机常用其调速，通过控制IGBT通断调节电枢平均电压。制动能量回收控制电机切换到发电模式时，控制器控制IGBT通断，将汽车动能转化为磁场能，最终向蓄电池充电实现能量回馈。4.4.1直流电动机驱动系统：直流电动机的控制磁场与电阻调节法

磁场调节调速原理通过调节磁极绕组励磁电流改变磁通量，适用于基速以上升速，靠电磁转矩变化实现转速提升并稳定运转。

电枢电阻调节特点励磁电流不变，通过改变电枢回路电阻调速，机械特性差、运行不稳定且耗能，电动汽车一般少用。4.4.1直流电动机驱动系统

直流电动机驱动系统特点直流电动机驱动系统易平滑调速、控简技熟，但低效需维护、体大质重，转速受限，应用有局限。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的结构

感应电机定义与分类感应电机又称异步电机，靠旋转磁场获转动力矩转动，可按转子构造、供电相数分类。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的结构感应电机结构概述

电机核心结构组成交流感应电机结构分为转子和定子，定子包含铁芯、绕组、机座，铁芯多由0.5mm硅钢片叠压而成。转子类型及特点转子在旋转磁场下产生感应电动势或电流，有鼠笼式和绕线式，其中鼠笼型应用广泛。定子结构及部件定子铁芯用0.5mm硅钢片，属交变磁路；高压电机定子绕组用绝缘扁导线，低压用漆包线，用于产生旋转磁场；机座依容量用铸铁、铝合金、钢板等，起固定支撑铁芯作用。转子结构及部件转子铁芯用0.5mm硅钢片，属交变磁路；鼠笼型绕组中小容量用铸铝、大容量用铜或铜合金，绕线型用漆包线，用于产生转矩；轴用碳素钢，负责传递转矩。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的结构感应电机构成要素说明4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的结构感应电机优缺点与应用

感应电机结构特点定子绕组接交流电网，转子绕组无需外接电源，结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠且质量小、成本低。

感应电机运行优势运行效率高、工作特性好，空载到满载接近恒速，可满足多数工农业生产机械传动需求，还可派生多种防护型式适应不同环境。

感应电机现存局限运行时需从电网吸取无功励磁功率，使电网功率因数变差，传统调速性能较差，轻载时功率因数偏低。

调速技术发展现状随着大功率电子器件及交流调速系统发展，宽调速异步电机的调速性能与经济性已可与直流电机媲美。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机工作原理工作原理基础说明

旋转磁场产生原理三相对称定子绕组接三相对称电源时，电机内产生圆形旋转磁场F，同步转速n1=60×f1/p，方向设为逆时针。

转子转动触发机制转子不转时，鼠笼导条与旋转磁场有相对运动，产生感应电动势e，闭合回路形成电流i，受力后产生同向电磁转矩，转子开始旋转。

稳定运行条件说明转子转速n小于同步转速n1时，导条与磁场仍有相对运动，持续产生同向感应电动势、电流及力，当Tem=TL时系统稳定运行。转差率相关介绍转差率指异步电动机转差转速△n与同步转速n1之比，是重要基本参数，正常运行时s为0.01~0.05。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机工作原理4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机工作原理运行状态与参数

电机多运行状态说明改变异步电动机电源参数或绕线型转子回路电阻，电机可运行在不同状态，含电动机、发电机、制动三类状态及对应特征参数。

定转子不转时电动势异步电动机定子和转子不转时，感应电动势E1、E2有对应表达式，涉及绕组匝数、绕组系数、气隙每极基波磁通量等参数。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的机械特性机械特性定义三相异步电动机机械特性：定压、频及绕组参数固定时，电磁转矩与转速（或转差率）的函数关系，是其最主要特性。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的机械特性损耗与功率公式

等效电路简化推导基于异步电动机等效电路忽略励磁电流I0，推导得出相关电流、电压与绕组参数关联的（4-31）式。

损耗计算方式说明明确异步电动机铁耗主要为定子损耗，给出铁耗、定子铜耗的对应计算公式及参数含义。

电磁功率表达式说明传递给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻损耗，给出两种电磁功率表达式及参数。

电磁转矩相关公式给出电磁转矩的基本表达式、参数表达式，说明可通过参数代入得到转矩-转差率曲线。固有机械特性定义指额定频率、定子加额定电压且定转子回路无串接阻抗时，电磁转矩与转速或转差率的函数关系。特性曲线象限与特征点正序电源下特性曲线经一、二、四象限，含理想空载、额定运行、最大转矩、起动四个特征点。最大转矩相关规律最大电磁转矩与定子电压平方成正比、与漏电抗成反比，临界转差率与转子电阻成正比。起动转矩特性分析起动转矩与定子电压平方、转子电阻成正比，与漏电抗成反比，对应转速为0、转差率为1的状态。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的机械特性固有机械特性分析4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的机械特性人为机械特性介绍

变转差率调速特性同步转速不变时，可通过变转差率调速改变异步电动机人为机械特性，包含降压、转子串对称电阻两种方式。

变同步转速调速特性改变定子供电频率或电机极对数可改变同步转速，进而改变异步电动机人为机械特性。

降压调速特性特点理想空载点n1、临界转差率sm不变，最大转矩Tem与定子绕组端电压U1的平方成正比。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的机械特性

转子串阻调速特点理想空载点n1、最大转矩Tem-M不变，临界转差率sm增加，电阻过大时Tem-S会小于Tem-M。

基频向下变频调速机械特性硬、调速范围宽且稳定，调节平滑效率高，E1/f1为常数时恒转矩，U1/f1为常数时低频转矩下降。

基频向上变频调速机械特性硬、调速范围宽且稳定，调节平滑效率高，最大转矩随频率升高减小，属于弱磁升速的恒功率调速。4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的控制

矢量控制核心思想模拟直流电机运行原理，求出交流电动机电磁转矩对应的磁场和电枢电流，分别进行控制。

矢量控制性能特点可从零转速开始调控，调速范围宽泛，转速控制响应速度快，且调速精度较高。3）可以对转矩实行较为精确的控制，电机的加速特性也很好4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的控制4.4.2交流感应电机驱动系统：交流感应电动机的控制4）系统受参数影响的变化很大，且计算复杂，控制相对繁琐

01矢量控制应用现状矢量控制理论完善且成熟，可基本满足电动汽车驱动系统的动力性能要求。

02直接转矩控制原理在定子坐标下，通过检测定子电压、电流计算磁链和转矩，依据与给定值的差值实现直接控制。

03直接转矩控制特点调速精度高、响应快，计算与控制结构简单，动静态性能佳，但调速范围窄、低速有转矩脉动。

04直接转矩控制局限低速时转矩脉动、负载能力下降，调速范围不及矢量控制，制约其进入实用化进程。4.4.2交流感应电机驱动系统

交流电机系统特点交流感应电动机驱动系统优劣势并存，总成本更高，但电动汽车运营成本更低，大功率车型应用广。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁电动机的结构按永磁体位置分类

表面式永磁电机特点将永磁体置于转子表面，制造简单，转动惯量小动态性能好，电感小功率因数高，但无异步起动能力，不宜高速运行，不适合弱磁扩速。

内置式永磁电机特性永磁体位于转子内部，有凸极效应可增磁阻转矩，机械强度高适合高速，易实现弱磁控制扩大恒功率区，在电动汽车驱动领域受重视。永磁电机分类及差异依据输入电压波形与转子位置信号，交流永磁电动机分为无刷直流电动机和永磁同步电动机，前者输入交流方波，后者输入正弦波或近似正弦波。永磁同步电机特性电流和反电动势为正弦型，谐波损耗小、运行平稳噪声低，结构简单省无功，需可调电源，位置传感器复杂成本高，动态响应快，适用于高精度伺服系统。无刷直流电机特性继承普通直流电机特性，启动转矩大、转矩线性变化、效率高，控制简单、位置传感器要求低成本低，易产生转矩脉动，适用于调速精度要求不高的设备。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁电动机的结构按电压与位置信号分类4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁电动机的结构本书介绍对象说明本书主要以交流永磁同步电机为例，介绍其工作原理、基本特性和控制方法。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的工作原理

基本工作原理与交流同步电机原理相似，经逆变器调变的三相正弦波电压输入绕组，带动转子同步旋转。

电枢反应特性永磁同步电动机负载运行时存在电枢反应，电枢磁场与永磁磁场相对静止，会影响电机运行性能。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的基本特性控制策略与运行区间划分

01电机控制与特性曲线永磁同步电动机输出特性与控制策略密切相关，不同策略可实现定子电流最优控制，存在最大功率、恒功率等多条特性曲线。

02电机运行区间划分根据运行状态将电机运行范围分为基速区、弱磁A区、弱磁B区，各区间对应不同转速范围，定子电流矢量受电压、电流极限约束。基速区运行控制模式基速区为A1a—A1—A2—A2a区域，id、iq不受电压极限椭圆限制，可实现最大转矩/电流控制4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的基本特性4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的基本特性弱磁A区运行控制模式

弱磁A区界定与约束图4-85中A1—C1—C2—A2区域为弱磁A区，此区域内定子电流矢量受电流极限圆和电压极限椭圆共同制约。不同转矩下运行状态转矩较小时，电机运行在电压极限椭圆内的最大转矩/电流曲线上；转矩增大后，运行在电压极限椭圆上。弱磁实现原理分析定子电流从B1a→B1b→B2变化时，直轴去磁电流分量逐渐增大，削弱永磁体磁场，实现弱磁。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的基本特性弱磁B区与控制效果总结

弱磁B区范围界定C1—E1—E2—C2区域为弱磁B区，以转速nc对应的E1—E2线段为例展开运行控制模式分析。弱磁B区控制限制该区域内最大转矩/电流曲线与电压极限椭圆无交点，此控制方式无法实现，电流矢量受限于电压极限椭圆。工作点映射与转矩E1—E2线段工作点映射到对应电压极限椭圆，E1b对应恒功率输出转矩，E2为三者交点对应最大功率输出转矩。工作点状态匹配转矩—转速平面任意工作点，都能在id—iq图找到对应电流值，使电机运行于最佳状态。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的控制

主流控制技术说明永磁同步电机主流控制技术含直接转矩控制、矢量控制，下文将采用矢量控制分析该电机。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的控制定子磁链与电压方程

定子磁链方程推导将单轴线圈s分解为dq轴系双轴线圈d1和q1，定子电流矢量is同步分解，依据双反应理论推导电枢反应磁场，进而得到定子磁场dq轴分量方程。

定子电压方程变换把ABC轴系内定子电压矢量方程式，通过变换因子转换为dq轴系表示的矢量方程，因dq轴系旋转方程新增右端第三项，进而得到电压分量方程。4.4.3永磁同步电机驱动系统：永磁同步电机的控制电磁转矩方程推导永磁同步电动机电磁转矩方程可经dq轴系相关式子代入推导得出，涉及多个关联公式。4.4.3永磁同步电机驱动系统：交流永磁电动机驱动系统特点

两类电机性能对比无刷直流电机：控简矩大，矩脉动大，弱磁调速技术不成熟永磁同步电机：矩脉动小，控复杂矩略小，可宽范围恒功率弱磁调速4.4.3永磁同步电机驱动系统：交流永磁电动机驱动系统特点交流永磁电机特点

01永磁电机核心特性采用稀土永磁体励磁，效率高、功率密度大，在中、小功率系统中具备明显应用优势。

02永磁电机散热要求常用的钕铁硼稀土永磁电机运行温升不能过高，否则会出现退磁问题，散热是关键技术。

03永磁电机优劣对比相比励磁电机，其驱动系统效率高、体积小、重量轻，在电动汽车中已有应用，但存在成本高、可靠性及使用寿命不及感应电机的缺点。

04大功率电机技术难点对于功率较大的PMSM和BLDCM，要实现体积小、重量轻的目标，目前仍存在一定技术难度。4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机的结构SRM基本结构介绍

01电机基本组成结构由双凸极定子和转子组成，定子、转子均为普通硅钢片叠压而成，转子无绕组及永磁体，定子极上有集中绕组，对应极绕组串联成一相。

02电机相数与极数配置可设计为单相、两相、三相及多相，定子、转子极数有多种搭配，常见组合方案有对应参考表格。

03电机本体部件构成本体包含定子、转子、轴承、机座、风扇、端盖等部件，具体结构可参考对应图示。4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机的结构

SRM性能与应用领域SR电动机结构简单、性能优、可靠性高，功率覆盖10W~5MW，可广泛用于多类调速高效场景4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机的工作原理运行核心原理遵循“磁阻最小原理”，靠齿极吸引力拉转转子，为三相6/4结构的SR电动机。单相通电转动过程A相通电后产生磁通，磁力牵引转子逆时针转动至30°，磁路最短时转子停转换相续转控制逻辑转子转至30°前断A相、30°时通B相，转至60°前断B相、60°时通C相，以维持转动循环通电持续旋转转子转到90°前切断C相电源，重复接通A相电源的操作，即可让磁阻电动机持续旋转。4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机的运行特性开关磁阻电动机的基本方程

电压方程及电感特性给出开关磁阻电动机相电压方程，分别阐述忽略磁路饱和与考虑饱和时，电感随转子位置及电流的变化规律。相电流及转矩特性说明相电流相关表达式，详解不考虑磁路饱和时的电磁转矩公式、转矩方向判定及调速控制方式，给出平均电磁转矩表达式。4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机的运行特性开关磁阻电动机的机械特性SR电动机的机械特性可分为三个区域：恒转矩区、恒功率区和自然特性区（串励特性区），如图4-95所示，图中C为常数。图中n1为SR电动机开始运行于恒功率特性的临界转速，定义为SR电动机的额定转速，亦称为第一临界转速，对应功率即为额定功率，n2为能得到额定功率的最高转速，恒功率特性的上限，可控条件都达到了极限，当转速再增加时，输出功率下降，亦称为第二临界转速4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机的运行特性

恒转矩区控制方式0<n<n1转速区间为恒转矩区，因转速低电机感应电动势小，需对电流斩波限幅，或采用相电压脉宽调制。

恒功率区控制方式n1<n<n2转速区间为恒功率区，相感应电动势大、相电流幅值受限，通过调节主开关管触发角和关断角实现恒功率。

自然特性区运行特点电源电压、触发角和关断角达极限值后为自然特性区，转矩和功率快速下降，特性类似串励直流电动机。功率变换器主电路四相开关磁阻电机常见功率变换器主电路含A、B、C、D相绕组，对应主开关器件Sa-Sd、续流二极管VDa-VDd。调速系统组成及功能开关磁阻电机调速系统由电机、功率变换器、控制器、位置传感器组成，各部件各司其职实现调速控制。运行特性及控制方式开关磁阻电机分恒转矩、恒功率、自然特性三区，对应电流斩波、角度位置等控制方式。4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机控制系统4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机驱动系统特点电机相数特性低于三相的SR电动机无自起动能力，相数多步距角小、转矩脉动小，但结构复杂、成本高，常用三相6/4极和四相8/6极结构。电机结构与温升优势转子无绕组和永磁体，结构简单成本低，允许较高温升，绕组在定子上易冷却，损耗小效率高。功率电路与转矩特点转矩方向与电流方向无关，仅需单向绕组电流，每相一个功率开关，功率电路简单可靠。4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机驱动系统特点

014）转子上没有电刷结构坚固，适用于高速驱动5）转子的转动惯量小，有较高转矩惯量比。6）调速范围宽，控制灵活，易于实现各种再生制动能力。

027）可在频繁启动（1000次/小时），正向反向运转的特殊场合使用单击此处添加项正文4.4.4开关磁阻电动机驱动系统：开关磁阻电动机驱动系统特点8）启动电流小，启动转矩大，低速时更为突出

开关磁阻电机优势绕组电流单方向，电力控制电路简单，经济性与可靠性较高，可通过机电协调设计满足特殊使用要求。

开关磁阻电机不足需电机与控制良好配合，位置传感器增加结构复杂性、降低可靠性，转矩脉动大，单纯常规控制改善有限，运行时噪音振动大、非线性强，国内实用产品尚处初级阶段，控制粗放、响应慢、低速脉动大、控制精度难提升。四种车用电机特性比较：四类驱动电机概述驱动电机类型电动汽车经常采用的驱动电机有直流电机、异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机四类。直流电机应用情况直流电机是最早应用于电动汽车的电机，因控制性能好、成本低见长，现正被性能更优的其他电机逐步取代。永磁同步电机地位永磁同步电动机凭重量、体积及调速性能优势，成我国电动汽车领域应用最广泛的主流电机电机特性表格说明四类电机特性比较见表4-80，优缺点及应用前景比较见表4-81：四种车用电机特性比较四种车用电机特性比较：电机特性数据对比

直流电机性能参数功率密度低，转矩一般，转速4000-6000r/min，效率、过载能力可观，控性佳、控本低，其余性能差

异步电机性能参数转矩性能好，转速9000-15000r/min，多项效率、过载表现优，可靠性佳，控制器成本高

永磁同步电机参数功率密度高、转矩好，转速4000-10000r/min，效率优，过载300%，控性好，成本高

开关磁阻电机参数功率密度高，转矩优，转速超15000r/min，效率、过载能力佳，小质轻，可靠易控，控本一般四种车用电机特性比较

电机优缺与前景对比直流电机处劣势，交流感应、永磁同步电机在电动车普及，开关磁阻电机应用少。CPU核心性能特点采用3.3V高性能静态COMS技术降功耗，40MIPS执行速度提升实时性，内置多规格存储与双事件管理器模块，适配多种电机控制。CPU外设功能配置含192K字可扩展外部存储，配备看门狗、多通道A/D转换器、CAN、SCI、SPI模块，还有40个GPIO与5个外部中断及低功耗模式。控制器外围电路设计TMS320LF2407搭配外围电路构成DSP子系统，涵盖电源转换、监测复位、电压基准、外部存储器扩展等电路。4.4.6驱动电机及控制系统的设计开发实例：电机硬件控制器设计4.4.6驱动电机及控制系统的设计开发实例：电机硬件控制器设计

电源转换电路控制系统输入5V、±15V电源，因LF2407A芯片仅支持3.3V供电，采用AS1117芯片实现5V转3.3V。

电源监测电路该电路可实现DSP手动复位及电压不稳时自动复位，采用MAX811S芯片，电压低于2.93V时生成复位信号。

电压基准电路TMS320LF2407的A/D转换器需外接高精度稳定参考电压，选用MAX873芯片，输出2.5V稳定电压。4.4.6驱动电机及控制系统的设计开发实例：电机硬件控制器设计

4）DSP外部存储器扩展电路（如图4-101所示）DSP核心架构与存储TMS320LF2407基于增强哈佛结构，三组并行总线可独立访问不同存储空间，支持同时访问程序和数据空间，内有32KFLASHROM，需外扩IS61LV6416型静态RAM用于调试。系统分级保护设计采用硬件加软件的两重分级保护，短路、过流时硬件通过NMI中断切断接触器、封锁PWM波，软件通过A/D检测电流实现对应保护，还涵盖过温、缺相、过压防护。交直流电流检测防护用LEM闭环电流传感器检测电流，经采样、滤波、隔离后与过流阈值比较，过流时触发DSP的NMI中断，实现硬件过流、短路保护。直流电压检测防护经电压传感器将直流侧信号转为电压信号，滤波放大后与过压、欠压阈值比较，对应信号送入DSPI/O口，经软件处理完成过欠压保护。系统温度检测保护通过AD590采样温度信号，经OP27调理后与设定保护电压比较，输出信号送至DSPI/O口，实行秒级保护完成过温防护。4.4.6驱动电机及控制系统的设计开发实例：软件开发

系统核心设计目标可对永磁同步电机实现FOC、MTPA及SVPWM调制等算法，支持负载电机四象限运行与弱磁控制，含转矩、转速两种模式，配旋转变压器。

系统启停控制流程钥匙开关打开后先自检，再完成DC-Link电容充电，之后吸合主接触器锁定电源；关闭后记录数据，断开接触器，给主电容放电并取消电源锁定。

故障诊断保护机制涵盖初始化与运行阶段诊断，包含主回路故障、电压温度异常、过流、传感器异常、超速等多项诊断及保护功能。

系统标定与监测功能通过CAN卡与标定界面配合，可选择电机类型、工作模式，设置重要运行参数，还能显示系统工作状态，满足多类功能需求。4.4.6驱动电机及控制系统的设计开发实例：软件开发1）系统初始化

初始化子任务概况驱动电机及控制系统软件开发的系统初始化含DSP初始化、标定数据读取等多子任务，详细内容见表4-82。

核心初始化操作内核初始化设定系统时钟及基本模块，DSP自检涵盖RAM、Flash自检，中断使能定时器及外部中断。

数据读取与自检标定数据读取需从Flash读参数并做CRC校验，系统自检涉及多模块、多回路及传感器、AD状态诊断。

功能与变量初始化系统初始化完成AD、PWM、定时器等功能模块设置，变量初始化设定计算变量、标志位等初始状态。

任务队列设置自检完成后，需依据读取的标定数据来设置对应的任务队列，保障系统后续运行有序。4.4.6驱动电机及控制系统的设计开发实例：软件开发2）状态及指令采集

状态及指令采集构成涵盖AD滤波及换算、车速采样、电机位置采样、通用IO口输入输出等多部分任务内容。

AD滤波及换算任务包含直流母线电压、电机U/V相电流、电机及控制器温度、控制电源电压的采样监测。

电机位置转速采集通过SPI通信，利用RDC解算电机旋变返回信号，获取转速、转向及转子实时位置。

通用IO口功能负责预留IO开关量的输入输出，辅助整车完成其他必要的控制逻辑功能。故障诊断分类与规则故障诊断分初始化和运行时两类，会设故障码标志位并判断等级，按等级采取对应保护措施。初始化