电动汽车用直流电机驱动控制技术研究Word下载.docx
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高等继续教育毕业设计(论文)任务书
论文题目
学生姓名
王强
教学站
西安站
专业班级
机械设计制造及其自动化
内
容
与
要
求
设计(论文)起止时间
2015年12月15日至2016年9月10日
指导教师签名
学生签名
摘要
随着全球环境的恶化与能源匮乏的日趋严重,世界上各个国家都越来越关注电动汽车的开发与研究。
有着零排放、低噪音与高效率等优点的电动汽车,必将有着广阔的市场前景。
本论文主要研究了永磁电动汽车用无刷直流电机的控制技术。
文章首先介绍了电动汽车的研究背景与目前的国内、外的发展现状等,分析了电动汽车的系统结构,车用直流电机控制原理及控制方法。
其次对电机驱动系统具体的硬件电路进行了设计,然后完成了基于DSP的控制程序的软件设计。
在控制器的硬件设计中,采用芯片DSP2407A作为主控芯片。
功率主电路选择智能功率模块(IPM)作为逆变模块。
并设计了故障保护电路,增强了系统的稳定性与可靠性。
系统的软件设计主要根据模块化思想进行。
根据油门踏板信号的输入,调整DSP的PWM波输出以达到无刷直流电机调制的目的。
设计呈模块化的软件设计,各模块简洁明了,便于程序的移植与扩展。
在控制算法上,选用增量式PID控制算法,并在DSP芯片中进行调试。
最后,通过实验验证了本控制系统软硬件设计的合理性,对实验数据进行了分析证明了系统运行的稳定性与可靠性。
关键词:
电动汽车;
永磁无刷直流电机;
PWM控制;
DSP芯片;
DSP2407A芯片
论文类型:
理论研究
ABSTRACT
Withtheenergycrisisandworseningpollution,thedevelopmentofvehiclesisincreasingconcernedbycountriesallovertheworld.ElectricVehicle(EV)hasmanyadvantagessuchaszeropollution,lownoiseandhighefficiency,Therefore,ithasextensivemarket.
ThemajorworkofthisthesisistocompletethedesignofacontrollerofelectricvehiclesbasedonBLDCmotor.Firstofall,wesummarizethebackgroundtothestudyofelectricvehicles,researchconditionanddevelopmentoftechnologies,analyseElectricVehiclestructure,controlledtheoryandmethodofBLDCmotor.Thenthethesistakestheoverallplandesignanddetailedhardwarecircuitdesigntothemotor'
sdrivesystem,andcarriesonbasicsoftwaredesignbasedDSP.
Inthepartofhardwaredesign,weadoptsDSP2407Aasthemastercontrollingchip.Thethesisselectedintelligentpowermodule(IPM)astheinvertermodule.Andthendesignedfaultprotectioncircuitinordertoenhancethereliabilityofthesystem.
Then,thethesisdesignedsoftwareofthesystemwithmodule.ThemainfunctionofsystemsoftwareistoadjusttheDSP’sPWMwaveoutputinordertoachievethepurposeofBLDCMspeedcontrol,withtheacceleratorpedalsignalinput.Moduledesingisconciseandconvinenttomigrateandexpandtheprograms.ThethesisselectedtheincrementalPIDcontrolalgorithmandtestedwiththeDSP.
Theexperimentsverifystherationalityofhardwareandsoftwareofthecontrolsystem.Thedataofexperimentsindicatedthestabilityandreliabilityofthesystem.
KEYWORDS:
ElectricVehicle;
BLDCM;
PWMcontrol;
DSP;
DSP2407Achip
TYPEOFTHESIS:
ApplicationFundamentals
1绪论
课题背景及选题意义
当今社会,汽车已经相当的普及,它的保有量在不断的上升。
上个世纪中后期,人们开始大量地使用燃油汽车,由此导致的能源匮乏与环境污染也变得日趋显著[1、2]。
目前,环境污染与石油资源匮乏已成为世界汽车工业的持续发展所面临的两大问题。
燃油汽车所排放的废弃对人体健康有着严重的危害性,主要含有二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、铅化物、氮氧化合物与二氧化硫等,这些污染物形成光化学烟雾、酸雨及酸雾,对农作物、人类健康、禽兽、自然生态系统、森林与建筑,均有着巨大的危害。
而且,由燃油汽车的大量使用而导致的城市噪声污染也是不可忽视的。
因为高分贝的噪声对人的神经、听觉、消化、心血管、免疫系统、内分泌等造成相当大的危害。
目前,世界上污染最严重的10个城市中有7个在中国[3,4]。
再者,长期以来,我国石油供给量总是赶不上需求量。
1993年我国从原来的石油净出口国转变成了石油进口国,从国外进口的油品与原油总量远远的超过了出口总量。
2010年世华财讯报道,2009年中国石油表观消费量为40837.5万吨,仅次于美国,位居世界第二。
预计2012年中国石油消费量还将增长5%,供需结构任然偏紧。
电动汽车是在道路交通、安全法规各项要求的约束下,以电动车的车载电源为动力,用电机驱动车轮转动而行驶的车辆。
它不排放污染气体,固有“零污染”车辆(ZEV)的美称。
在环境污染与能源匮乏日益显著的情况下,电动汽车引起了世界各国的广泛关注。
曾有资料表明,运行在同一城市环境下的电动汽车与汽油车,前者的能量消耗比后者减少0.65KWH/KM。
能源消耗中包含电力输送过程中的损耗、能源转化与开矿。
调研表明,运行在拥挤的城市道路中的电动汽车与汽油车,前者的能源效率较后者要高40%。
再者,电动汽车可以利用水、煤炭、核、天然气、潮汐、太阳、风等能源转化为蓄电池所需的电力,它的广泛应用可有效地降低内燃机汽车对石油的依赖性。
此外,电动汽车还可避开用电的高峰时间,利用晚上地时间给蓄电池充电,这样,有利于减少费用与均衡电网的负荷。
表格1-1列出的是内燃机汽车与电动汽车性能与用途的对比,该表格直观地显示出了电动汽车的诸多优点:
噪声低,无污染,花样多,能效高,结构简单,使用与维修较方便。
电动汽车的费用支出较多、初期投入较大,只因它的价格比内燃机汽车要高。
但随着使用年限的增加,电动汽车的使用费用会越来越低,甚至会比内燃机汽车的还低,因为电动汽车的维修与保养费用较低。
如图1-1为两者应用成本比较。
表1-1内燃机汽车与电动汽车用途与性能对比表[5]
项目
性能
用途
机动性
废气排放
噪声震动
操作难易
能源补给
购置费用
维修费用
作业范围
连续作业
不通风场所
低噪声场所
狭窄场所
易燃爆场所
低温场所
汽油汽车
好
差
一般
柴油汽车
电动汽车
电动汽车发展及现状
我国从“八五”起开始了对电动汽车的研究与开发,并在这方面取得了一系列丰硕的成果,正在向着产业化方向转化。
电动汽车的三大关键技术是电机、电池与电控系统领域,有资料显示,我国于“九五”后在这三方面取得了巨大的进步。
其中,获得了质的飞跃的是高性能动力电池。
虽然我国的电动汽车在产品的可靠性、稳定性、一致性等方面的现有水平还没能超越外国,均需作进一步地努力,但在这个基础上,我国已经开始进入了电动汽车整车开发的新阶段,并朝着产业化方向发展。
发展电动汽车已经被我国当作一项较大的科技攻关项目。
这次攻关不光是要突破三大技术----电动控制、电机与电池,而且还要加大努力去向产业化的方向发展。
纯电动汽车不仅要突破关键技术,还需初步实现产业化:
引导企业将混合动力电动汽车形成规模化大批量生产;
燃料电池汽车成为我们的中一个长期目标。
十五期间,全国在电动汽车攻关方面的总投资可能都已达100亿元。
国内各地在产业化与科研方面,除投入大量的资金之外,还做了不少的努力,最明显的表现就是制定了与众不同科技体制。
全国在启动“十五”863项目的前后,涌现出了各种形式的以天津市所组建的“东风电动车辆股份有限公司与天津电动车辆研究中心”等为代表性的新型体制的科研实体,他们在电动汽车产业化行业与科研中形成了新的动力,均承担了此项目的重大课题。
我国对新能源汽车方面的开发集中体现在电动汽车方面。
各厂家与科研院所也大力投入,开发出了各种型式的电动汽车,并具有相当的水平。
我国与国外电动汽车的水平对比,尚且存在着一定的差距,但是相对于内燃机汽车而言,这个差距小的多。
美国在政府政策的推动下,电动车产业化进程有了很快发展。
1993年美国先进项目局(ARPA)制订了混合动力电动汽车与电动汽车项目。
同年9月美国三大汽车企业负责人与政府共同提出了旨在开发新一代高效节能汽车的“新一代汽车合作计划”[6,7]。
在出售电动汽车的国家里,法国是少数之一。
1990年,政府出台政策资助开发电动汽车,并且在税收方面对采购电动汽车的用户进行优惠。
法国电动汽车生产商每生产一辆电动汽车,电力公司就给于一万法郎的补助。
1995年7月起,采购电动汽车的法国用户政府将给予5000法郎的补贴。
诸多措施都为法国电动汽车的迅速发展提供了良好的环境。
在1989年,法国的标致一雪铁龙集团跃为全球首家制造商业车队与城市销售电动大蓬车企业,在巴黎使用了135台电动垃圾车,全国为300台,用的电池几乎全都是铅酸电池。
后来SAFT公司又着力于镍福电池的研究,并制定了名为“绿色”事业的电动车发展规划,其四
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- 电动汽车 直流电机 驱动 控制 技术研究