專利名稱：電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電動汽車交流感應電機控制技術(shù)，具體的講是一種基于DSP的電動汽車交流感應電機控制器實現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
隨著高能電池技術(shù)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)字信號處理器技術(shù)、電機控制技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，燃料傳統(tǒng)汽車逐漸被電動汽車所代替。各家企業(yè)和機構(gòu)也在研究了電動汽車用變頻器，但由于對電動汽車管理比較單一，甚至只單純的變頻調(diào)速，而且主要是利用直流電機控制，永磁磁性材料在高溫大電 流的工作環(huán)境下長期工作會出現(xiàn)不穩(wěn)定的弊端，造成難以形成成熟的社會產(chǎn)業(yè)，使這個行業(yè)停止不前，或者產(chǎn)品質(zhì)量問題的社會損失巨大，由于交流電機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，最重要的是沒有永磁磁性材料，所以可以在惡劣的溫度和很大的電流環(huán)境下穩(wěn)定工作，由于直流調(diào)速的局限性和交流調(diào)速的優(yōu)越性，交流異步電動機變頻調(diào)速技術(shù)正在快速發(fā)展之中。在現(xiàn)代微機技術(shù)的快速發(fā)展下。經(jīng)過最近十幾年的應用開發(fā)，交流異步電動機的變頻調(diào)速性能己經(jīng)優(yōu)于直流調(diào)速系統(tǒng)。目前廣泛研究應用的交流異步電動機調(diào)速技術(shù)有恒壓頻比控制方式、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等?，F(xiàn)代交流異步電動機由于材料科學的進步與突破，交流異步電動機效率也已經(jīng)大大的提高，尺寸也逐步變的小型緊湊，由于電動汽車本身需求的高穩(wěn)定性所以有必要將交流異步電動機應用于電動汽車大力推廣。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型提供了一種電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)包括控制電源，控制器，驅(qū)動模塊，電機信息反饋模塊，信號檢測模塊；所述控制器用于對整車部分進行控制及用于對電機進行矢量控制；所述驅(qū)動模塊用于接收控制器指令對電機進行驅(qū)動控制；所述電機信息反饋模塊用于反饋電機及驅(qū)動模塊信息給控制器；所述信號檢測模塊用于采集車輛信息提供給控制器；所述控制器與控制電源與控制器及驅(qū)動模塊電連接；所述控制器與驅(qū)動模塊、電機信息反饋模塊及信號檢測模塊電連接；所述驅(qū)動模塊與電機電連接。進一步的所述控制器運算處理核心由DSP完成運算及控制；進一步的所述控制電源為DCDC多路開關(guān)電源用于完成12VDC，5VDC，3. 3DC，IGBT驅(qū)動電源；進一步的所述信號檢測模塊包括電機速度檢測電路、油門信號檢測電路、電機相電流檢測電路、正反轉(zhuǎn)選擇信號檢測電路、剎車信號檢測電路、電池電壓信號檢測電路、整車輔助功能檢測電路、CAN通訊電路、電機保護功能電路、整車保護功能電路、過欠壓保護電路、備用功能輸入輸出口電路等；[0012]進一步的所述驅(qū)動模塊采用隔離驅(qū)動芯片和功率IGBT或者MOS管進行組合對電機控制；進一步的所述控制器組要以油門信息為給定值參考，以電機速度和相電流傳感器為閉環(huán)反饋構(gòu)成閉環(huán)控制；進一步的控制器與整車系統(tǒng)通過CAN總線通訊連接，用于實現(xiàn)與整車系統(tǒng)的信息交互；進一步的控制器與信號檢測板通過功能擴展板連接；進一步的控制器可通過RS232與PC連接，用于進行 信息交互。本實用新型的控制過程為一種電動汽車交流感應電機控制器技術(shù)方法及裝置，矢量控制是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉(zhuǎn)換和坐標變換理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將異步電動機模擬成直流電動機來控制，通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，達到直流電機的控制效果。隨著異步電動機矢量控制等高性能交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電力牽引采用交流調(diào)速己經(jīng)成為發(fā)展的趨勢。本系統(tǒng)對電機進行矢量控制，結(jié)構(gòu)組成由動力電池組供電，由控制器對整車部分控制，由控制器對電機進行矢量控制，控制器處理運算核心由DSP (數(shù)字信號處理器)完成運算及控制，驅(qū)動采用隔離驅(qū)動芯片和功率IGBT或者MOS管進行組合對電機控制，控制電源模塊由D⑶C多路開關(guān)電源完成12VDC，5VDC，3. 3DC，IGBT驅(qū)動電源，檢測信號電路包括電機速度檢測電路、油門信號檢測電路、電機相電流檢測電路、正反轉(zhuǎn)選擇信號檢測電路、剎車信號檢測電路、電池電壓信號檢測電路、整車輔助功能檢測電路、CAN通訊電路、電機保護功能電路、整車保護功能電路、過欠壓保護電路、備用功能輸入輸出口…等等，驅(qū)動部分采用隔離驅(qū)動芯片進行抗干擾，使得DSP系統(tǒng)不會給電機的高噪音非線性諧波干擾，保證數(shù)字系統(tǒng)的準確性，電機控制主要以油門為給定值為參考，以電機速度和相電流傳感器為閉環(huán)反饋構(gòu)成閉環(huán)控制，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，某些三角函數(shù)的值以表格的方式存儲在DSP的存儲器進行查詢，程序執(zhí)行效率更高。整車部分功能控制部分能否回饋、倒車、限速、油門損壞判斷、飛車保護、整車外部模塊自學習判斷、電機性能分析….這些新穎的控制功能滿足了現(xiàn)代電動汽車多功能一體的需求，提高了整車性能和功能，更加的保障了主動安全保護和處理，保證了人民財產(chǎn)的安全。本實用新型的有益效果為簡化了整車成本和安裝空間，結(jié)構(gòu)更緊湊，減少了不少零件，但控制任務(wù)依然沒減，降低了整車故障率。

圖I為電壓空間向量在第I區(qū)的合成與分解；圖2為電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3為電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)電路原理圖；圖4為電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)算法原理框圖。圖中的Isa: 2相靜止坐標系的a軸反饋電流 Isb : 2相靜止坐標系的b軸反饋電流Isq 2相旋轉(zhuǎn)坐標系的q軸反饋電流 Isd 2相旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸反饋電流Usq 2相旋轉(zhuǎn)坐標系的q軸電壓Usd 2相旋轉(zhuǎn)坐標系的d軸電壓U' sq 2相旋轉(zhuǎn)坐標系根據(jù)相位解耦后的q軸電壓[0027]U' s d2相旋轉(zhuǎn)坐標系根據(jù)相位解耦后的d軸電壓U、V、W:電機3條相線
具體實施方式
本實用新型提供了一種電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)包括控制電源，控制器，驅(qū)動模塊，電機信息反饋模塊，信號檢測模塊；所述控制器用于對整車部分進行控制及 用于對電機進行矢量控制；所述驅(qū)動模塊用于接收控制器指令對電機進行驅(qū)動控制；所述電機信息反饋模塊用于反饋電機及驅(qū)動模塊信息給控制器；所述信號檢測模塊用于采集車輛信息提供給控制器；所述控制器與控制電源與控制器及驅(qū)動模塊電連接；所述控制器與驅(qū)動模塊、電機信息反饋模塊及信號檢測模塊電連接；所述驅(qū)動模塊與電機電連接。進一步的所述控制器運算處理核心由DSP完成運算及控制；進一步的所述控制電源為DCDC多路開關(guān)電源用于完成12VDC，5VDC，3. 3DC，IGBT驅(qū)動電源；進一步的所述信號檢測模塊包括電機速度檢測電路、油門信號檢測電路、電機相電流檢測電路、正反轉(zhuǎn)選擇信號檢測電路、剎車信號檢測電路、電池電壓信號檢測電路、整車輔助功能檢測電路、CAN通訊電路、電機保護功能電路、整車保護功能電路、過欠壓保護電路、備用功能輸入輸出口電路等；進一步的所述驅(qū)動模塊采用隔離驅(qū)動芯片和功率IGBT或者MOS管進行組合對電機控制；進一步的所述控制器組要以油門信息為給定值參考，以電機速度和相電流傳感器為閉環(huán)反饋構(gòu)成閉環(huán)控制；進一步的所述控制器與整車系統(tǒng)通過CAN總線通訊連接，用于實現(xiàn)與整車系統(tǒng)的信息交互；進一步的所述控制器與信號檢測板通過功能擴展板連接；進一步的所述控制器可通過RS232與PC連接，用于進行信息交互。本實用新型的控制過程為一種電動汽車交流感應電機控制器技術(shù)方法及裝置，矢量控制是在電機統(tǒng)一理論、機電能量轉(zhuǎn)換和坐標變換理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它將異步電動機模擬成直流電動機來控制，通過坐標變換，將定子電流矢量分解為按轉(zhuǎn)子磁場定向的兩個直流分量并分別加以控制，從而實現(xiàn)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，達到直流電機的控制效果。隨著異步電動機矢量控制等高性能交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電力牽引采用交流調(diào)速己經(jīng)成為發(fā)展的趨勢。本系統(tǒng)對電機進行矢量控制，結(jié)構(gòu)組成由動力電池組供電，由控制器對整車部分控制，由控制器對電機進行矢量控制，控制器處理運算核心由DSP (數(shù)字信號處理器)完成運算及控制，驅(qū)動采用隔離驅(qū)動芯片和功率IGBT或者MOS管進行組合對電機控制，控制電源模塊由DCDC多路開關(guān)電源完成12VDC，5VDC，3. 3DC，IGBT驅(qū)動電源，檢測信號電路包括電機速度檢測電路、油門信號檢測電路、電機相電流檢測電路、正反轉(zhuǎn)選擇信號檢測電路、剎車信號檢測電路、電池電壓信號檢測電路、整車輔助功能檢測電路、CAN通訊電路、電機保護功能電路、整車保護功能電路、過欠壓保護電路、備用功能輸入輸出口…等等，驅(qū)動部分采用隔離驅(qū)動芯片進行抗干擾，使得DSP系統(tǒng)不會給電機的高噪音非線性諧波干擾，保證數(shù)字系統(tǒng)的準確性，電機控制主要以油門為給定值為參考，以電機速度和相電流傳感器為閉環(huán)反饋構(gòu)成閉環(huán)控制，系統(tǒng)更加穩(wěn)定，某些三角函數(shù)的值以表格的方式存儲在DSP的存儲器進行查詢，程序執(zhí)行效率更高。整車部分功能控制部分能否回饋、倒車、限速、油門損壞判斷、飛車保護、整車外部模塊自學習判斷、電機性能分析….這些新穎的控制功能滿足了現(xiàn)代電動汽車多功能一體的需求，提高了整車性能和功能，更加的保障了主動安全保護和處理，保證了人民財產(chǎn)的安全。具體實施例下面對本實用新型技術(shù)方法更進一步的說明，某些未提的到技術(shù)為電機矢量控制的通論，某些特有的增加技術(shù)會在下文中加以說明描述。從矢量控制理論出發(fā)，并結(jié)合空間電壓矢里(SVPWM)技術(shù)，設(shè)計和開發(fā)以DSP為核心構(gòu)成的矢量閉環(huán)控制系統(tǒng)。主要內(nèi)容有研究基于DSP控制器的全數(shù)字矢量控制系統(tǒng)，采用磁場定向矢量控制、空間矢量PWM、數(shù)字PI控制和速度傳感器技術(shù)，研究開發(fā)速度、磁通、轉(zhuǎn)矩控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)。通過以上SVPWM的法則推導分析可知要實現(xiàn)SVPWM信號的實時調(diào)制，首先需要知道參考電壓矢量Uref所在的區(qū)間位置，然后利用所在扇區(qū)的相鄰兩電壓矢量和適當?shù)牧闶噶縼砗铣蓞⒖茧妷菏噶?。是在靜止坐標系(α，β)中描述的電壓空間矢量圖，電壓矢量調(diào)制的控制指令是矢量控制系統(tǒng)給出的矢量信號Uref，它以某一角頻率ω在空間逆時針旋轉(zhuǎn)，當旋轉(zhuǎn)到矢量圖的某個60°扇區(qū)中時，系統(tǒng)計算該區(qū)間所需的基本電壓空間矢量，并以此矢量所對應的狀態(tài)去驅(qū)動功率開關(guān)元件動作。當控制矢量在空間旋轉(zhuǎn)360°后，逆變器就能輸出一個周期的正弦波電壓。DSP事件管理器模塊(EV)，用于電機數(shù)字化控制應用。其中C2000系列DSP芯片具有兩個事件管理器模塊(EVA和EVB)，每個包括兩個16位通用定時器；8個16位的PWM通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)三相反相器控制；PWM的對稱和非對稱波形發(fā)生器；當外部引腳I3DPINTX出現(xiàn)低電平時快速關(guān)閉PWM通道；可編程的PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時輸出觸發(fā)脈沖；3個捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路；16通道A/D轉(zhuǎn)換器。事件管理器模塊適用于控制交流感應電機，10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時間為500nS，對電流采樣更加，滿足了轉(zhuǎn)矩控制的精確性，電源管理包括3種低功耗模式，能獨立地將外設(shè)器件轉(zhuǎn)入低功耗模式使系統(tǒng)功耗更低，編碼器360分辨率的進口編碼碼，保障系統(tǒng)的電機速度取樣，并且采用MT采樣法兼容了高低速依然能準確的抓到電機轉(zhuǎn)速信號。如圖1，SVPWM法則推導三相電壓給定所合成的電壓向量旋轉(zhuǎn)角速度為ω=2 π f,旋轉(zhuǎn)一周所需的時間為T=l/f ;若載波頻率是fs，則頻率比為R=fs/f。這樣將電壓旋轉(zhuǎn)平面等切割成R個小增量，亦即設(shè)定電壓向量每次增量的角度是y =2/R=2 3i f/fs=2Ts/T。今假設(shè)欲合成的電壓向量Uref在第I區(qū)中第一個增量的位置，如圖2_10所示，欲用U4、U6、U0及U7合成，用平均值等效可得U ref*Tz=U4*T4+U6*T6。在兩相靜止參考坐標系(α，β )中，令Uref和U4間的夾角是Θ，由正弦定理可
得
權(quán)利要求1.一種電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)包括控制電源，控制器，驅(qū)動模塊，電機信息反饋模塊，信號檢測模塊； 所述控制器用于對整車部分進行控制及用于對電機進行矢量控制； 所述驅(qū)動模塊用于接收控制器指令對電機進行驅(qū)動控制； 所述電機信息反饋模塊用于反饋電機及驅(qū)動模塊信息給控制器； 所述信號檢測模塊用于采集車輛信息提供給控制器； 所述控制器與控制電源與控制器及驅(qū)動模塊電連接；所述控制器與驅(qū)動模塊、電機信息反饋模塊及信號檢測模塊電連接；所述驅(qū)動模塊與電機電連接。
2.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器運算處理核心由DSP完成運算及控制。·
3.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制電源為DCDC多路開關(guān)電源用于完成12VDC，5VDC，3. 3DC，IGBT驅(qū)動電源。
4.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號檢測模塊包括電機速度檢測電路、油門信號檢測電路、電機相電流檢測電路、正反轉(zhuǎn)選擇信號檢測電路、剎車信號檢測電路、電池電壓信號檢測電路、整車輔助功能檢測電路、CAN通訊電路、電機保護功能電路、整車保護功能電路、過欠壓保護電路、備用功能輸入輸出口電路等，用于提供檢測信號給控制器。
5.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述驅(qū)動模塊采用隔離驅(qū)動芯片和功率IGBT或者MOS管進行組合對電機控制。
6.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器主要以油門信息為給定值參考，以電機速度和相電流傳感器為閉環(huán)反饋構(gòu)成閉環(huán)控制。
7.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器與整車系統(tǒng)通過CAN總線通訊連接，用于實現(xiàn)與整車系統(tǒng)的信息交互。
8.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器與信號檢測板通過功能擴展板連接；
9.如權(quán)利要求I所述電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制器可通過RS232與PC連接，用于進行信息交互。
專利摘要本實用新型涉及一種電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)，包括控制電源，控制器，驅(qū)動模塊，電機信息反饋模塊，信號檢測模塊；所述控制器用于對整車部分進行控制及用于對電機進行矢量控制；所述驅(qū)動模塊用于接收控制器指令對電機進行驅(qū)動控制；所述電機信息反饋模塊用于反饋電機及驅(qū)動模塊信息給控制器；所述信號檢測模塊用于采集車輛信息提供給控制器；所述控制器與控制電源與控制器及驅(qū)動模塊電連接；所述控制器與驅(qū)動模塊、電機信息反饋模塊及信號檢測模塊電連接；所述驅(qū)動模塊與電機電連接。本電動汽車交流感應電機控制系統(tǒng)簡化了整車成本和安裝空間，結(jié)構(gòu)更緊湊，減少了不少零件，但控制任務(wù)依然沒減，降低了整車故障率。
文檔編號H02P21/00GK202586861SQ20122025216
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:深圳市陸地方舟電動車有限公司