日本无码免费高清在线|成人日本在线观看高清|A级片免费视频操逼欧美|全裸美女搞黄色大片网站|免费成人a片视频|久久无码福利成人激情久久|国产视频一二国产在线v|av女主播在线观看|五月激情影音先锋|亚洲一区天堂av

  • 手機(jī)站
  • 小程序

    汽車測(cè)試網(wǎng)

  • 公眾號(hào)

    • 汽車測(cè)試網(wǎng)

    • 在線課堂

    • 電車測(cè)試

電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)研究

2022-01-24 09:55:17·  來(lái)源：驅(qū)動(dòng)視界  
　
摘 要：驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制技術(shù)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)整車性能有決定性的影響。 文中針對(duì)電動(dòng)汽車的要求對(duì)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，完成了控制系統(tǒng)軟
摘 要：驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制技術(shù)是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)整車性能有決定性的影響。
文中針對(duì)電動(dòng)汽車的要求對(duì)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，完成了控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。
采用智能功率模塊 IPM 作為強(qiáng)電回路的主要功率器件，設(shè)計(jì)中采用軟件濾波和光電隔離的措施以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用模糊 PI調(diào)節(jié)對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行閉環(huán)控制。
試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠滿足電動(dòng)汽車的行駛要求，為進(jìn)一步進(jìn)行電動(dòng)汽車的研究奠定了基礎(chǔ)，積累了一定的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；直流電機(jī)；控制；設(shè)計(jì)；模糊 PI
中圖分類號(hào)：U469.72:TM331+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
自從電動(dòng)汽車面世以來(lái)，就有了電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟。
它的任務(wù)是在駕駛員的控制下，將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為車輪上的動(dòng)能，或者將車輛上的動(dòng)能反饋到蓄電池中[1]。
電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求是：有 4~5 倍的過(guò)載動(dòng)力以滿足短時(shí)加速行駛和最大爬坡度的要求；電機(jī)應(yīng)根據(jù)車型、車輛的行駛規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)；要求有較高的功率密度和好的效率圖（在較寬的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)都有較高的效率），從而能夠降低車重，延長(zhǎng)續(xù)駛里程；為使多電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)行，要求電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)可控性高、穩(wěn)態(tài)精度高、動(dòng)態(tài)性能好[2]。
目前，在電動(dòng)汽車上運(yùn)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要有直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
異步電機(jī)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電機(jī)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制復(fù)雜，不易達(dá)到寬范圍的恒功率調(diào)速的缺點(diǎn)；開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，噪聲大并且使用位置傳感器增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，降低了可靠性等缺點(diǎn)；永磁電機(jī)具有功率密度高、在寬速度范圍內(nèi)運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，但有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電流損耗大，永磁體有退磁問(wèn)題,有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，工作噪聲大等缺點(diǎn)。
與這 3 種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有成本低、調(diào)速性能好(平滑和精確)、控制器簡(jiǎn)單、控制相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)直流電機(jī)還具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高和寬恒功率調(diào)速范圍，適合在牽引領(lǐng)域應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)；因此，本課題研究的電動(dòng)汽車采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，盡管它存在機(jī)械換向器所引起的效率低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大等缺點(diǎn)[3]，但是由于設(shè)計(jì)中采用了直流斬波技術(shù)，使得直流電機(jī)的功率因數(shù)、工作效率、動(dòng)態(tài)性能和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)性得到明顯改善，因此設(shè)計(jì)中的直流電機(jī)能夠滿足電動(dòng)汽車的工作要求。
1. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
文中所研究的電動(dòng)汽車，電池為水平鉛布電池，單體電池容量85Ah，額定電壓 216V（單體電池電壓 12V× 電池?cái)?shù) 18）；驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用 45kW他勵(lì)直流電機(jī)，其控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括電機(jī)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制子系統(tǒng)設(shè)計(jì)[4]。
1.1 驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
電機(jī)的驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)主要是接受控制子系統(tǒng)傳過(guò)來(lái)的指令信號(hào)，按照指令的要求正確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作[5]。
所設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)如圖 1 所示：

圖 1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)電路

驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的通斷由 5 個(gè)繼電器（E1～ E5）完成，其中，E1 和E4 繼電器位于主回路，分別接到電源的正負(fù)極，二者由同一路信號(hào)控制；E2、E3 用于勵(lì)磁電流的換向，分別由兩路信號(hào)控制（在勵(lì)磁電流需要換向時(shí)，為了防止 E2、E3 同時(shí)導(dǎo)通，這兩路控制信號(hào)采用互斥的關(guān)系給出）；E5 是用于控制電樞電流的通斷，由一路信號(hào)單獨(dú)控制。
從圖 1 可以看出，在功能上，驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)由勵(lì)磁回路、電樞回路兩部分組成。
汽車設(shè) D、 R、P 3 種擋位，分別通過(guò)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)等變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，而電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停機(jī)是通過(guò)控制勵(lì)磁電流的方向和關(guān)斷勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)汽車掛上前進(jìn)擋，控制子系統(tǒng)就會(huì)控制繼電器的動(dòng)作，使 E2 閉合，同時(shí) E3 斷開(kāi)，此時(shí)勵(lì)磁回路的電流流向?yàn)椋弘娫凑龢O→ 二極管→ E2→ 勵(lì)磁線圈→ IPM→ 電源負(fù)極；當(dāng)汽車掛上倒擋，使 E3閉合，同時(shí) E2 斷開(kāi)，此時(shí)勵(lì)磁回路的電流流向?yàn)椋弘娫凑龢O→ 二極管→ E3→ 勵(lì)磁線圈→ IPM→ 電源負(fù)極；這樣通過(guò)控制勵(lì)磁電流的方向從而控制了汽車的前進(jìn)和后退，不論汽車是前進(jìn)還是后退，電樞電流的方向是不變的，即：
電源正極→IPM→ E5→ 電樞→ 電源負(fù)極。
當(dāng)汽車掛上駐車擋，控制子系統(tǒng)關(guān)斷所有繼電器，從而關(guān)斷電樞電流和勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)駐車。
電機(jī)速度控制（即調(diào)節(jié)汽車速度）采用恒轉(zhuǎn)矩控制法，即使電機(jī)的勵(lì)磁磁通為常數(shù)，改變電樞的電壓進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速公式如下：

式中，n 為直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，U 為電樞兩端電壓，I 為電樞電流，R為電樞回路總電阻，Φ 為每極磁通量，CE 為電機(jī)的電勢(shì)常數(shù)。

電樞兩端電壓是通過(guò)調(diào)節(jié) PWM 波的占空比來(lái)控制 IPM 每秒的通斷次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
利用PWM 信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)電樞電壓的改變，公式如下：

式中，UO 為電樞繞組兩端的平均電壓，α 為PWM 占空比，0≤ α ≤ 1，UI 為電樞電源電壓。
通過(guò)改變 α 值可以改變電樞端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的[5]。
1.2 控制子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
控制子系統(tǒng)的功能是接受駕駛員的操作指令、驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的狀態(tài)信號(hào)等并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算，將電機(jī)下一步應(yīng)該采取的動(dòng)作以指令的方式傳到驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)[6]。
按功能，控制子系統(tǒng)可分為 3 個(gè)部分：MCU 模塊、接口驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊。
其中，MCU 模塊的原理框圖如圖 2 所示，主處理器采用 INTEL 公司的 MCS96 系列單片機(jī)中的 80C196KC。
系統(tǒng)提供兩種通信接口RS232 和 CAN 總線。
CAN 控制器用于完成與由整車控制器、電池管理系統(tǒng)和車載信息系統(tǒng)等組成的 CAN 網(wǎng)絡(luò)間的信息交換。

圖 2 MCU 模塊原理圖
控制子系統(tǒng)有 6 路開(kāi)關(guān)量輸入：鑰匙、駐車擋、前進(jìn)擋、倒擋、電樞過(guò)流保護(hù)以及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)；有 7 路模擬量輸入：主回路電流、主回路電壓、電樞電流、勵(lì)磁電流、油門(mén)、功率元件溫度以及電機(jī)溫度；有 8 路開(kāi)關(guān)量輸出，分別是：主回路繼電器（E1、E4）、電樞繼電器（E5）、勵(lì)磁繼電器1（E2）、勵(lì)磁繼電器2（E3）以及報(bào)警、狀態(tài)輸出等；有 2 路模擬量輸出：PWM0（電樞回路功率器件控制信號(hào)）和 PWM1（勵(lì)磁回路功率器件控制信號(hào)）。
為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采用了光電隔離等抗干擾措施，在數(shù)字量傳輸?shù)倪^(guò)程中，為避免可能出現(xiàn)的懸浮狀態(tài)，在不同的場(chǎng)合分別使用了上拉和下拉電阻。
為保證繼電器的正常工作，用BD237 作為驅(qū)動(dòng)。
由于系統(tǒng)中存在著多種形式的模擬輸入量，因此需要根據(jù)不同的信號(hào)設(shè)計(jì)不同的調(diào)理電路。
用于電壓、電流測(cè)量的霍爾傳感器，它將外部信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，需要通過(guò)一個(gè)一階 RC 并聯(lián)電路將其轉(zhuǎn)化為電壓輸出，然后再將電壓加到同相輸入的運(yùn)算放大器的輸入端，以提高 A/D 轉(zhuǎn)換的精度[7]。
加速踏板等信號(hào)則采用分壓電路將其調(diào)理到 0~5V 范圍內(nèi)，以便單片機(jī)處理。
采用過(guò) 2 路高速輸出口 HSO0、HSO1 的定時(shí)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn) PWM 占空比輸出，其頻率為 2K，輸出 的 PWM 波可直接加到控制智能功率模塊IPM 上。
2. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
為提高軟件的可讀性和可移植性，采用 C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、處理中斷函數(shù)以及輸出控制信號(hào)等功能。
主程序流程如圖 3 所示。

圖 3 主程序流程圖
初始化主要包括兩路 PWM 初始占空比、繼電器初始狀態(tài)的設(shè)置等，打開(kāi) HSO 和軟件定時(shí)器等所用到的中斷。
系統(tǒng)所用到的中斷有：
（1）串口接收數(shù)據(jù)中斷；（2） 擋位變化中斷處理：采用非可屏蔽中斷 NMI 處理，對(duì)擋位信號(hào)做出及時(shí)響應(yīng)，防止因擋位切換出現(xiàn)危險(xiǎn)動(dòng)作；（3）CAN 總線中斷：使用中斷 INT1，當(dāng)有 CAN 總線數(shù)據(jù)時(shí)，將數(shù)據(jù)及包頭信息讀入相應(yīng)緩沖區(qū)，將CAN 總線數(shù)據(jù)標(biāo)志位置位，等待主程序進(jìn)一步處理；（4）HSO 中斷。
PWM 波采用定時(shí)器 T1 作為基準(zhǔn)，周期為2kHz；采用軟件定時(shí)器中斷采樣，采樣周期250Hz；勵(lì)磁和電樞部分采用模糊 PI 控制算法，其工作原理框圖如圖 4 所示。
這種控制算法既克服了 PID 控制算法難以滿足高精度、快響應(yīng)的控制缺點(diǎn)，又克服了模糊控制算法難以消除穩(wěn)態(tài)誤差的缺點(diǎn)。
該控制器的最大特點(diǎn)是在大偏差范圍內(nèi)利用模糊推理的方法調(diào)整系統(tǒng)的控制量 U，以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，在小偏差范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換成 PI控制，消除模糊控制難以克服的穩(wěn)態(tài)誤差，這樣既可以獲得很好的動(dòng)態(tài)性能又可以做到調(diào)速系統(tǒng)的無(wú)靜差。

圖4 模糊 PI 控制算法原理框圖
3. 試驗(yàn)結(jié)果與分析
為驗(yàn)證裝有本系統(tǒng)的電動(dòng)汽車能否正常工作，對(duì)汽車進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)和實(shí)車試驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)，對(duì)電池的電壓與電流測(cè)量采用的傳感器是霍爾元件電壓、電流傳感器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的是UA302/H 型 A/D 采集卡，可與帶 USB 接口的各種臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本機(jī)相連；顯示及數(shù)據(jù)記錄采用的是 IBM T30 筆記本電腦。
在試驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡對(duì)蓄電池的電壓、電流采樣頻率是 10k，將采樣后的數(shù)據(jù)保存到筆記本中，并在 EXCEL中將蓄電池的電壓、電流對(duì)時(shí)間的關(guān)系繪成曲線。
圖 5 與圖 6 分別給出了純電動(dòng)模式下的臺(tái)架試驗(yàn)與實(shí)車試驗(yàn)時(shí)電池電壓電流變化曲線。
其中圖 5 為油門(mén)開(kāi)度為 25％ 時(shí)臺(tái)架試驗(yàn)的電流與電壓變化曲線；由圖 5 可以看出，當(dāng)汽車未啟動(dòng)時(shí)，電池電壓為 219V，電流為0A；當(dāng)啟動(dòng)后油門(mén)開(kāi)度穩(wěn)定在 25％ ，電流穩(wěn)定在 10A，由此可見(jiàn)，汽車工作穩(wěn)定可靠，從而說(shuō)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。
圖 6 為油門(mén)開(kāi)度為 50%時(shí)實(shí)車試驗(yàn)時(shí)的電流與電壓變化曲線；由圖可以看出，當(dāng)汽車啟動(dòng)階段，電流與電壓變化較大，最高電流可達(dá)160A，最低電壓可達(dá) 202V，當(dāng)油門(mén)開(kāi)度穩(wěn)定在 50％ 時(shí)，電流穩(wěn)定在 82A，未出現(xiàn)波動(dòng)，說(shuō)明汽車工作穩(wěn)定可靠，從而說(shuō)明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。
通過(guò)以上兩個(gè)試驗(yàn)說(shuō)明，汽車的運(yùn)行狀態(tài)良好，控制系統(tǒng)能夠很好地滿足電動(dòng)汽車的工作要求。

圖5 純電動(dòng)模式下臺(tái)架試驗(yàn)電壓電流變化

圖 6 純電動(dòng)模型下實(shí)車試驗(yàn)時(shí)電壓電流變化
4. 結(jié) 論
在對(duì)電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及電機(jī)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了試驗(yàn)。
本次設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)施性強(qiáng)、抗干擾性好等特點(diǎn)。
系統(tǒng)的軟件采用 C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，可讀性強(qiáng)、便于移植，能夠方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級(jí)維護(hù)，同時(shí)采用模糊 PI 算法對(duì)電樞電流和勵(lì)磁電流進(jìn)行閉環(huán)控制，效果良好。
測(cè)試表明電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟硬件工作穩(wěn)定、可靠，證明電動(dòng)汽車的控制算法與控制策略切實(shí)可靠，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，為進(jìn)一步研究電動(dòng)汽車打下了基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
［1］David, Sasaki Shoichi.Hybrid Electric Vehicles Take to theStreet. IEEE Spectrum,2002（11）.
［2］陳清泉，等. 現(xiàn)代電動(dòng)汽車技術(shù)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2002.
［3］胡虔生，等. 電機(jī)學(xué)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.
［4］Jinhw an Jung,Kwanghee Nam .A vector controlschemafor E V induction motors with a series ironloss model［J］IEEETrans on IE1998 45（4）:617~624.
［5］王曉明.電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.
［6］李鐵才，等.電機(jī)控制技術(shù)［M］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000.
［7］ 徐愛(ài)卿.Intel 16 位單片機(jī)［M］. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.
分享到：
 
反對(duì) 0 舉報(bào) 0 收藏 0 評(píng)論 0
滬ICP備11026917號(hào)-25