电动汽车控制系统设计毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

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单，并且节约了成本，使电动汽车的性价比大大提高，有利于电动汽车的普及。

关键词：

电动汽车，ATmega64，他励直流电机，PID模糊控制

38

目录

摘要 1

第一章绪论

1.1纯电动汽车在国内的发展状况 3

1.2国外电动汽车发展现状 3

1.3本课题的任务和主要工作 4

第二章他励电动机的控制理论基础

2.1他励直流电动机的调速与制动 5

2.1.1直流电动机电枢电动势和电磁转矩 5

2.1.2他励直流电动机的机械特性 6

第三章系统的硬件设计

3.1系统硬件的整体设计方案 10

3.2主控制器MCU的介绍 10

3.2.1MCU的选择 10

3.2.2ATmega64的特性与内部结构 11

3.3开关电源模块 12

3.4电流检测模块 13

3.5驱动电路的设计 16

3.6电压检测电路 17

3.7温度检测电路 18

3.8加减速踏板信号检测电路 19

3.9开关量输入信号 20

3.10蜂鸣器报警电路 20

3.11通讯模块电路设计 21

3.12硬件抗干扰的设计 22

3.13本章小结 23

第四章系统的软件设计

4.1电动汽车的控制策略研究 24

4.1.1再生制动控制策略 24

4.1.2驱动控制策略 24

4.2主要任务模块的详细设计 26

4.2.1主程序 26

4.2.2励磁、电枢PWM控制模块 27

4.2.3电动机速度测量 28

4.3本章小结 29

第五章总结 30

参考文献 31

1.1纯电动汽车在国内的发展状况

与世界其他国家一样，电动汽车研发工作在我国也正在如火如荼的进行着：

“十五”期间，国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑，设立“电动汽车重大科技专项’’，通过组织企业、高等院校和科研机构，集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关。

为此，从2001年10月起，国家共计拨款8．8亿元作为这一重大科技专项的经费【1】。

我国电动汽车重大科技专项实施4年来，经过200多家企业、高校和科研院所的2000多名技术骨干的努力，目前已取得重要进展：

燃料电池汽车已经成功开发出性能样车，燃料电池轿车累计运行4000km，燃料电池客车累计运行8000km：

混合动力客车已在武汉等地公交线路上试验运行超过140000km：

纯电动轿车和纯电动客车均已通过国家有关认证试验。

国内主要汽车制造商对纯电动汽车的开发和研制也投入了相当的人力和物力，并取得了一定的成果。

北京奥运会期间，奇瑞、长安、东风、一汽、京华及福田等汽车生产企业联合清华大学、北京理工大学等单位，向社会提供了自主研发的55辆纯电动锂电池汽车、25辆混合动力客车、75辆混合动力轿车、20辆燃料电池轿车，以及400辆纯电动场地车等各种新能源汽车为奥运会服务。

奥运会后，科技部还将计划连续3年在国内10个以上有条件的大中城市开展千辆级混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车、以及提供基础设施的大规模示范，到2010年底节能与新能源汽车达到1万辆。

最近，比亚迪公司新推出一款商业化的电动汽车比亚迪e6，为我国电动汽车产业做出了重大贡献。

1.2国外电动汽车发展现状

近二十多年来，西方工业发达国家把电动汽车的研究开发看是作解决环境问题和能源问题的一种有效手段。

美国政府动员全美所有科研机构进行电动汽车（Electricvehicle，简称EV）的研究，在1991年，美国通用汽车公司、福特汽车公司、克莱斯勒汽车公司共同协议，成立了“先进电池联合体”（USABC），共同研发新一代电动汽车所需要的高性能电池。

为实现新的节能车而能保持现有汽车的价格和性能，美国先后推出了PNGV、FreedomCAR、AVP计划。

法国政府推出“PREDITm--2002／2006"

计划，并给购买EV的用户提供5000法郎的补贴。

德国政府同9个主要公司签订了一份理解备忘录，为创建一个清洁能源城市（柏林）而结成同盟。

英国、意大利等欧洲国家都在开展电动汽车的研发工作。

而日本政府更是特别重视电动汽车的研究和开发。

1998年日本东京电力公司联合日本电池公司，共同开发了“ZA一牌电动汽车，该电动汽

车采用了高新技术，使其具有当时EV的世界最高水平。

而丰田汽车公司在1996年就已成功地研制出燃料电池汽车的生产样车，并先于其他汽车厂家在1997年开始批量生产混合动力电池汽车，成为环保技术领域和世界电动汽车产业化的领头羊。

以上各国政府在大力扶持大型汽车集团的同时，纷纷通过制定环保和节能法规，采取投资、税收优惠、政府补贴促进消费的政策，旨在抢占电动汽车产业制高点。

代表着当代EV先进水平的福特汽车公司的Think、通用汽车公司的Impact、丰田汽车公司的E．corn、Prius电动汽车、本田公司的Civic电动汽车正是这种竞争的产物。

1.3本课题的任务和主要工作

本文在广泛查阅相关文献的基础上，设计基于ATmega64的他励电机电动汽车控制系统。

本文的主要工作归纳为以下几点：

1.介绍了他励电动机的控制理论基础与调速系统的仿真，为后章系统硬件与软件的设计做好了准备。

2.讨论系统的硬件设计。

详细讨论了开关电源模块电路、电流检测电路、串口通信电路、驱动电路、及抗干扰电路的设计。

3.讨论系统的软件设计。

设计系统的程序整体框架、各任务模块程序、中断服务程序和抗干扰程序。

4.进行系统调试与实验。

系统设计完成后进行硬件调试和软件调试，搭建实验平台，记录实验数据及图表，进行实验分析。

2.1他励直流电动机的调速与制动

为了满足各种生产机械对负载转矩特性的要求，在实际应用中需通过设法改变电动机的各种控制参数来达到所需的人为机械特性。

由于他励直流电动机的可控参数多，易实现所需要的人为机械特性，所以在直流调速中较多地采用他励直流电动机，电动汽车中一般也是选用他励直流电动机作为直流驱动电动机。

因此，需要给出直流电动机电枢电动势和电磁转矩的两个数学公式，从而导出他励直流电动机的机械特性数学方程式，即电动机的电磁转矩和转速之间的函数关系式n=f（t），然后才能说明如何改变方程式中的相关参数来获得所需人为机械特性。

2.1.1直流电动机电枢电动势和电磁转矩

1）电枢电动势。

电枢电动势是指直流电动机正常工作时，电枢绕组切割气隙磁通所产生的电动势。

无论是发电机还是电动机，只要电枢旋转切割磁通就有电枢电动势。

根据前述直流电动机的结构原理可导出直流电动机电枢电动势Ea为：

（2.1）

式（2．1）中P ——电动机极对数；

N——电枢绕组总的导体数；

a——电枢绕组的支路对数；

φ——电动机每极磁通（Wb）；

n——电动机转速（r／min）；

c（e）——电动势常数。

2）电磁转矩。

电磁转矩是指直流电动机的电枢绕组流过电流时，这些载流导体在磁场中所受力而形成的总转矩。

同样按直流电动机的结构原理可推得直流电动机的电磁转矩T为：

（2.2）

式（2．2）中I （a）——电枢电流（A）；

C（t）——转矩常数。

电动势常数C（e）和转矩常数C（t）都是决定于电动机结构的数据，对于一台已制的电动机C（e）和C（T）都是恒定不变的常数，并且从式（2．1）和式（2．2）可知两者之间的关系为：

2．1．2他励直流电动机的机械特性

得出他励直流电动机的机械特性数学方程式：

（2.3）

式（2.3）中R（a）——电枢绕组内电阻；

R （c）——电枢外串联电阻；

n（0） ——理想空载转速；

β ——机械特性斜率

其中， 2．1．3他励直流电动机的调速

通过对他励直流电动机的机械特性数学方程式（2．3）的分析，可知改变其中U、φ、R（c）三个参数即可改变其转速n。

因此相应的调速方法也要降压、弱磁、串电阻三种：

降压调速是改变电源电压U来获得恒转矩调速；

弱磁调速是通过改变励磁电流I（f），从而改变电动机磁通量Φ来获得恒功率调速；

串电阻调速是通过逐级改变电枢回路中所串电阻R（c）来进行调速，它使机械特性变软，并增加了功耗，所以目前很少采用，主要用在大电动机的起动过程，即通过逐级减小电枢回路中所串电阻来减小起动电流。

而前两种调速方法目前用得较多，并也是电动

汽车中需配合采用的方法，现分别具体介绍如下：

（1）降低电源电压的恒转矩调速

保持他励直流电动机的磁通为额定值，电枢回路不串电阻，若将电源电压分别降低为U1、U2、U3等不同数值时，则可获得与固有机械特性平行的人为机械特性，如图2．1所示。

图中所示的负载为恒转矩负载，在电源电压为额定值U（e）时，其工作点为e，电动机为额定转速n（e）；

当电压降低到U1时，工作点为A，转速为n（a）；

电压为U2时，工作点为B，转速为n（b）等。

即转速随电源电压降低，调速方向是从基数（额定转速N（e））向下调节，并且电源电压为不同值时，其机械特性的斜率都与固有机械特性斜率相等，即特性较硬。

通常电源电压不超过额定值，即采用连续降低电源电压来实现恒转矩无级调速，以获得如图2．3所示的从基速到零速段的调速控制。

（2）减弱磁通的恒功率调速

由于通常电动机额定运行时均已在磁通近饱和状态，故一般只能采用减弱磁通量的方法来调速。

保持他励直流电动机电源为额定值，电枢回路不串联电阻，通过减小电动机的励磁电流I（f），即减弱电动机磁通Φ时，其机械特性方程式为：

（2.4）

从式（2．4）中可看出n（0）随φ的减弱成反比例增加，而△n随φ的二次方成反比地增加，若将近饱和额定磁通φ（e）的比例定为l，减弱后其比例也就小于l，平方后其比例是减小，因此n（0）比△n增加得快，即减弱磁通φ后电动机的转速n将升高，调速方向是从基速（额定转速n（e））向上调节。

’弱磁调速的机械特性如图2．2所示。

设电动机拖动恒转矩负载互运行于固有机械特性e点上，转速为n（e）。

当磁通从φ（e）降到φ

（1）时，转速n未能及时变化，而电枢电动势E（a）=c（e）φn（e），则因φ下降而减小，使电枢

电流I（a）=（U-E（a））／R（a）增大。

由于