永磁无刷直流电机矢量控制答辩

1、电动汽车用永磁无刷DC电机矢量控制技术研究，电力电子与输电专业：耿天军导师：贾洪平，江苏大学电气与信息工程学院，2014年6月，江苏大学硕士学位论文答辩，执行摘要，1。介绍课题领域、研究目的和意义。矢量控制系统数学模型的建立及理论分析。低调制区4的相电流重构和相移技术分析。系统硬件设计。系统软件设计。实验结果分析。总结与展望1。介绍课题领域、研究目的和意义。国内外相关研究机构和企业对电动汽车用永磁无刷DC电机驱动控制技术进行了深入研究，在传统方波控制技术的基础上增加了改进的PI调节控制、模糊控制和滑模变结构控制等先进技术，提高了速度响应、负载运行稳定性、转矩波动和静音性能。中国生产和销售的轻型

2、电动汽车已占世界总量的90%以上，中国已成为世界上最大的轻型电动汽车生产国、消费国和出口国。随着市场对舒适性、平稳运行和超静音的高要求，主要项目供应商的工程师开始研究永磁无刷DC电机的所谓正弦波控制技术，这实际上是基于转子磁场定向的矢量控制技术(FOC)。全面提高电动汽车用永磁无刷DC电机的行驶平顺性、噪声和效率，这是传统方波驱动技术无法解决的。2.矢量控制系统数学模型的建立和理论分析，1。两相旋转坐标系中的数学模型，(a)转子位置，(b)磁通量分布，2，坐标变换，3，空间矢量调制，Ua可通过基于两相静止坐标系中获得的分量的克拉克逆变换获得。现在，将原始绕组的轴向逆时针旋转90度，旋转后获得的

3、法向矢量用单位矢量表示。三个法向量构成了一个新的对称三相轴，va，vb和vc，如图所示。然后根据电压空间矢量在法向量上的投影来判断电压空间矢量的扇区数。注意：该方程实际上是克拉克逆变换，只有和轴分量被移动。其中，是初级绕组的相轴上的单位矢量，是旋转因子。让扇区号P=A 2B 4C在新构造的轴坐标系中，其中逻辑变量A、b和c(取1或0)的值由上述公式值的符号确定。逻辑变量的真值判断如下：如果va0，A=1，否则为0；如果vb0，B=1，否则为0；如果vc0，C=1，否则为0。根据这三个标量的正负，我们可以判断给定电压矢量的扇区数P值。这里得到的P值不是真正的扇区号，真正的对应关系如表所示。对于其

4、它扇区，相邻电压矢量的作用时间也可以用上述公式求得。结合各扇区的计算时间并考虑到本文软件部分的设计，让中间变量动作时间x，y和z:4，矢量控制系统，相电流重构技术，第一扇区的空间矢量脉宽调制波形图，ia ib ic=0，1，2.低调制区采样误差分析，(a)低调制区矢量空间图，(b)不可测区矢量空间图，(c)低调制区空间矢量脉宽调制波作用示意图。Tmin=td ts tr，T1/2，T2可能小于Tmin。本文中的电流采样不一定需要在不可测量的区域。由于电机的感应绕组，电流不会突然变化，可以在边界区域2之外使用。基于脉宽调制相移的电压矢量调节方案。其思想是移相前后合成的参考电压矢量不成为前提，占空

5、比最大的脉宽调制波来回平移，延长相邻扇区基本电压矢量分别采样两相电流的作用时间。，Trem=Tmin-(T1/2)。当trem 0且T2 tmin时，第一扇区中的低调制区域对应于SVPWM相移后的波形。当trem 0或T2 0时，电压矢量处于低调制区且幅度小，因此不适合任何时候的电流采样重建。无法测量的区域！实际临界负荷！低调制移相区3低调制移相区的空间矢量脉宽调制实现方案第一扇区的脉宽调制输出波形图第一扇区的脉宽调制移相波形低调制区比较标志CMS计数器在向上计数时设为1，向下计数时清零。当脉宽调制波的相移需要分配调整时，根据比较标志向上和向下计数时，不同的值被分配给TIM1_CCRx。4。系

6、统硬件设计，5。系统软件设计，ST 32 febkc 6 T6，用于arm版本6.50的IAR嵌入式工作台，ST-link，1。芯片和开发环境介绍，定时器滴答中断，用于速度环比例积分调节；DMA传输被中断，并且执行子例程处理，例如电流重构、坐标变换、直接(交流)轴电流PI调节、空间矢量脉宽调制调制和脉宽调制占空比更新。保护中断用于实现电机异常运行时的自我保护，即关闭脉宽调制输出模块，保护逆变电路和电机；模数中断，进入欠压处理；霍尔变化捕捉中断，进入电机的实时速度计算程序。2.主程序设计；3.三角函数子程序设计。实际转子位置角为-180至180，对应于-32768至32767。上面建立的数据表仅

7、存储0至90范围内的256个离散正弦函数值(实际值为正弦值乘以32766)。首先，需要确定实际位置角所在的直角坐标系的象限，以便确定是从数据表中向前还是向后找到相应的值。左图为查表程序流程图。首先，位置角减少32768(0和360之间的位置角减少180)，减少的数字向左移动16位，然后向右移动22位。然后，根据第9位和第8位确定象限，然后根据较低的第8位确定查找表的索引值。流程图中的H=0、1、2和3分别对应于第三、第四、第一和第二象限。4、相电流重构子程序设计、5、空间矢量脉宽调制子程序设计，对于中、高调制区中心区域的电流采样时间，没有必要选择不可测量的边界区域，而电流采样可以在电流扇区中心

8、区域进行(例如，第一扇区位置角附近的区域为30)。此时，脉宽调制波不需要通过相移来调整，脉宽调制输出采用中心对准模式。需要解决的是，为了实现低调制相移区域中相邻电压矢量的作用时间能够满足模数采样窗口所需的时间，并且需要对脉宽调制波形进行相移，空间矢量调制软件实现的最后一步是相应地调整捕获/比较寄存器的分配操作。6、DMA中断程序设计，整个SVPWM程序和三角函数运算、坐标变换、两个电流PI调节和电流内环控制模块均置于DMA1控制器通道1(总线电流采样通道)采样数据传输完成中断。从软件的总体框图中可以很容易地看出，上述所有子程序都是在相电流重构后安排的，而空间矢量脉宽调制序列在最后一部分。电流控

9、制模块提供三种电流控制模式，根据设计者的要求分别实现。7。滴答计时器中断程序设计、转速计算和初始位置确定。电机速度计算程序在捕获的霍尔信号变化中断时执行。计时器的计数功能可测量两次霍尔变化之间的时间：ARM芯片对霍尔状态值进行采样，并可确定转子所在正弦曲线的位置间隔。虽然霍尔状态值无法确定、滴答定时器中断子程序，本系统使用滴答定时器SysTick(校准固定值为9000，频率设置为18MHZ)每500us产生一个时基中断，外环速度控制的间隔为2ms，因此在进入外环速度PI调节程序前需要产生四个时基中断。如果需要在程序中改变速度环控制间隔，您可以设置频率和延迟数进行调整。频率越高，可调分离的精度越

10、高。如果频率不变，调整延迟数的大小以确定延迟的中断时间。该系统中设置的滴答计时器的时基为500us，速度环路控制间隔为2毫秒，则延迟数=3。6.通过对实验结果的分析，本系统实验平台的驱动控制对象为电动汽车用轮毂永磁无刷DC电机，相关参数如下：额定电压48V，额定功率600瓦，额定转速500转/分，额定转矩65N.m。实验平台主要包括：轮毂永磁无刷DC电机、开发的驱动控制器、ST-LINK模拟器、计算机、示波器、电机带载测试系统等。控制器设置的堵转电流和电流限制都设置为30A。1。启动和稳定运行、启动和稳定运行期间的HALL和电流波形。轻负载和重负载运行期间的脉宽调制和DC侧电流波形，低调制相移

11、区，中高调制区，3。三种电流控制模式下的有载测试波形，id=0控制模式、最大转矩电流比控制模式和弱磁速度控制模式，7。总结与展望：该控制系统实现了永磁无刷DC电机在不同负载下低转矩脉动、平稳运行、低噪声、高效率的运行效果。本文的主要研究成果如下：1 .详细推导了两相旋转坐标系下永磁无刷DC电机的数学模型，并将矢量控制技术应用于永磁无刷DC电机的驱动控制系统，实现了快速稳定的零启动、平稳的稳态运行和低噪声的技术目标。2.根据电机转矩和速度的不同要求，在不同的功能中实现了电流直轴分量id=0、最大转矩电流比(MTP A)和弱磁(FW)三种控制方式，实际上增加了转矩，拓宽了调速范围。3.本文利用母线

12、电路的恒定电阻对母线电流进行采样，根据主逆变电路不同开关状态下母线电流与三相相电流的关系重构相电流。同时，采用脉宽调制移相技术解决了低调制移相区域的采样重构误差问题。上述方案避免了在硬件系统中使用电流互感器，降低了电流采样电路的设计成本。4.本文在原有驱动电路的基础上提出了改进方案，改善了开关振荡电流运行不均匀和米勒平台长现象。同时，动力管在不同的工作条件下运行正常，不易断裂。由于时间和条件的限制，仍有许多关键技术需要深入研究，包括：1 .本文提出的脉宽调制移相方案仅在低调制移相区域有效，不适用于最小负载的情况。这是因为当负载非常小时，合成参考电压矢量位于低调制区域，并且相邻矢量的作用时间不满足当前采样窗口所需的时间。2.当主逆变电路中并联功率管的数量超过4