电动汽车异步电动机驱动系统的的研究.docx

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电动汽车异步电动机驱动系统的的研究

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毕业论文

电动汽车异步电动机驱动系统的研究

系别电气工程系

专业机电一体化

班级

姓名

学号

电动汽车异步电动机驱动系统的研究

摘要

随着我国汽车保有量急剧增加，能源和环境问题将更加突出。

人们迫切需要寻求一种低排放和节约能源的交通工具。

电动汽车（EV）以其在节能和环保方面的巨大优势，已成为世界各国竞相研究的重要热点，必将成为21世纪重要的交通工具之一。

电机驱动系统是电动汽车最关键的部分之一，它将决定整车的性能.20世纪90年代以后，国外电动汽车开始使用的交流驱动系统来取代直流驱动系统，已成为驱动系统的主流。

目前，我国交流异步电机驱动系统的研究在满足电动汽车特殊要求方面还处于研究阶段。

本论文根据异步电机的多变量数学模型，运用电机统一理论、机电能量转换以及在坐标变换理论基础上发展起来的矢量控制理论，深入地研究电动汽车交流异步电机驱动系统控制的技术与方法。

研究过程中主要采用转子磁场定向的矢量控制方法，通过矢量运算，做到分别控制dq0旋转坐标中的磁场电流分量lm与转矩电流分量1T，对交流异步电机实现类似直流电动机的转速控制与调节，以获得快速响应和精确控制的目标.为实现电动汽车驱动系统控制要求快速敏捷、实时性高等特点，研究中选用了TI公司的电机控制专用DSP芯片TMS320LF2407作为系统的核心控制芯片、高性能的智能功率模块（IPM）逆变功率器件，设计了控制系统的主回路、控制电路。

在设计过程当中考虑了电磁干扰和电磁兼容问题。

为验证设计系统的可行性，运用MATLAB6.0中的动态仿真工具SIMULINK对系统的动静态性能进行了仿真研究，仿真结果表明该系统具有良好的速度响应和位置控制能力。

研究中设计开发的以高性能的DSP芯片TMS320LF2407为核心、基于矢量控制原理的电动汽车异步电机驱动系统，提出用一种新型的PWM调制方法一电压空间矢量法（SVPWM）实现对异步电机的高性能

可靠控制

关键词:

矢量控制电压空间矢量法数字信号处理器

目录

目录

摘要1

第一章绪论4

1.1引言4

1.2国内外电动汽车的发展现状4

1.3电动汽车电机驱动系统的概述5

1.4本课题的意义和内容9

第二章矢量控制9

2.1矢量控制原理9

2.2矢量控制方式11

第三章DSP和PWM技术12

3.1DSP12

3.2PWM技术15

第四章汽车电子调节器17

4.1单片式CM0S汽车电子调节器17

第五章系统抗干扰和电磁兼容问题23

5.1电磁干扰（EMI）分析23

5.2电磁兼容性24

第六章矢量控制系统的仿真研究28

6.1MATLAB6.0仿真工具简介28

参考文献30

第一章绪论

1.1引言

目前，全世界汽车石油消耗量占世界石油消耗量的一半以上，而石油资源仅能供人类使用43年左右，不到21世纪中叶，汽车燃用石油的时代将会结束。

我国是一个石油匾乏的国家，从1993年起，我国己成为石油“净进口国”，2000年我国的石油进口量占总用量的30%以上。

据世界能源组织预测，2010年中国石油进口量将超过1.5亿吨、占总用量50%以上，到2002年进口石油量将超过4亿吨、占80%以上。

燃油汽车排放的CO,NOx,HC,Pb,S仅、CO0,，等.已成为大气污染的主要因素。

随着汽车保有量集聚增加，能源和环境问题将更加突出，我们迫切需要寻求一种低排放和节约能源的交通工具，开发电动汽车是解决这一问题的有效途径之一80年代以来，电动汽车‘0-c:

a的研制热潮在全世界范围内兴起，其中在欧洲、北美和日本等部分国家水平比较高、发展较快，如法国标志一雪铁龙，德国BWM,VW，美国的三大汽车公司，日本的本田、丰田和日产等，正逐步由样车试制向小批量商业化生产的方向发展。

我国从1991年起，己将电动汽车的研制开发列入“八五”重点科技攻关项目，而到1996年，科技部更将其列为“九五”及跨世纪国家重大科技产业工程。

近年来，我国正在不断地开发一些高技术、高标准的电动汽车及其系统，如电动大客车、微型客车、电动轻型客车、中型电动小客车等。

电动汽车包括纯电动汽车（EV--ElectricalVehicle）,混合电动汽车（HEV--HybridElectricalVehicle）和燃料电池汽车（FCV--FuelCellVehicle）三种型式，它是理想的零排放或低排放车辆。

纯电动汽车在发展中受到了技术上的制约，有限的行驶里程和较长的充电时间使得它们的普及遇到困难。

燃料电池汽车具有低排放、低噪音，其甲醇燃料有广泛的来源，以及可再生等重大优势，已成为世界各大汽车集团新世纪激烈竞争的焦点，被喻为21世纪改变人类生活的十大高科技之首，但产业化仍需要较长的时间。

混合动力电动汽车是将新技术和老技术结合的最可行的产物，它同时具有纯电动汽车和传统内燃机汽车的优点，既具有纯电动汽车的高效率和低排放的性能，还具有传统内燃机汽车的行驶里程长和快速补充燃料的性能。

混合电动汽

车成为当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。

1.2国内外电动汽车的发展现状

90年代以来，日本、美国、欧洲各大汽车公司纷纷开始研制混合动力型汽车。

日本丰Hl汽车公司率先于1997年12月将混合动力型prius轿车投放本国市场，2000年初又开始投放北美市场，并将月产由1000辆调升到月产2000辆，三年内销售了45万辆。

计划到2005年时，混合动力汽车达到年产30万辆。

在日本，除了丰田公司以外，本田、日产等大公司也分别研制了自己的混合动力汽车〔21DI[111，其中本田公司己投产Insight混合动力汽车，被美国环保总署评为2001年美国十大节能汽车的第一名，第二名则为丰m汽车公司的prius混合动力汽车。

美国能源部与三大汽车公司于1993年签订了混合动力汽车开发合同，启动下一代汽车合作伙伴（PNGV）项目，迄今己开发出多种形式的混合动力电动汽车，例如克菜斯勒的ESX3、福特的Prodigy2000、通用的Plecept和Benz等，PNGV项目在HEV性能仿真、汽车集成动力模块等技术领域取得了显著成就。

欧洲各大汽车厂商争先恐后地推出了本公司研制的混合动力电动汽车，法国PSA集团先后推出了贝灵格型和XSARA型混合动力电动汽车，德国的BOSCH等著名的零部件公司也积极与大汽车公司联手开发混合动力电动汽车技术。

专家普遍评价:

混合动力电动汽车是21世纪初汽车产业界的一场革命，只有混合动力电动汽车刁能满足新世纪之初对汽车的环保与节能要求。

在国内，“电动汽车技术研究”是国家科委“八五”科技攻关项目。

在清华大学的组织下，研制出7辆16座电动轻型客车;“九五”期间，东风汽车公司承担并完成了国家重大科技攻关项目“电动轿车概念车设汁”的整车（BF）研制工作。

“九五”末期我国在电动汽车的三大关键技术领域（电池、电机、电控系统）取得突破。

科技部己将电动汽车产业化列为“十五”国家863重大科技攻关项目，“十五”期间，国家计划投入近10亿元来支持电动汽车的前瞻性研究。

要求混合动力电动汽车实现批量生产，并通过国家汽车产品型式认证。

在“九五”科技攻关计划的推动下，我国开发出多种电控发动机，在电机控制方面取得了重大突破，电池管理系统的研究也取得一定的进展。

但在双能量源混合动力电动汽车动力系统的自动控制方面刚刚起步，包括控制算法的研究和控制器的开发，还未有完整的系统。

1.3电动汽车电机驱动系统的概述

1.3.1电动汽车电机驱动系统结构

电动汽车是以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。

它是涉及到机械、电力、电子、计算机控制等多种学科的高科技产品。

电动汽车的关键技术包括蓄电池技术及电池管理，车体技术，电机及其驱动控制系统。

电动汽车是由车体、电机驱动系统、储能电池和能量管理系统组成的，其中电机驱动系统是最关键的部分之一。

电动汽车驱动系统（:

.1-（a51（SAI（221（4）[61[”由牵引电机、控制系统（包括电机驱动器、控制器及传感器）、机械减速及传动装置、车轮等构成。

控制系统接收加速踏板（相当于燃油车的油门）、刹车和PDRN（停车、前进、到车、空挡）、转向盘的输出信号，经过信号处理，输入到电机驱动器，控制驱动电机转速和转矩，再通过机械传动装置，驱动车轮。

1.3.2电动汽车工况对电机驱动系统的特殊要求

电机驱动系统除了具有普通电气传动的共性外，还应满足电动汽车特定用途的要求。

电动汽车是一种在陆地上露天运行、结构紧凑、具有车载能源的行走机械，工况复杂。

既要能高速飞驰，又要能频繁启动、制动、上下坡、快速超车、紧急刹车;既要能适应雪天、雨天、盛夏、严冬、雪后撒盐等恶劣天气条件，又要能承受道路的颠簸震动，还要保证司乘人员的舒适与安全。

电动汽车的核心，是要用电气传动系统取代机械推进系统，用电池代替汽油作为车载能源，在零排放或少排放的前提下，满足燃油汽车各项性能、价格指标的要求。

因此，所设计的电机驱动系统应该满足以下几点要求51

（1）基速以下大转矩以适应快速启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等要求，基速以上小转矩、恒功率、宽范围以适应最高车速和公路飞驰、超车等要求。

（2）整个转矩/转速运行范围内的效率最优化，以谋求电池一次充电后的续驶里程尽可能长。

（3）电机及电控装置结构坚固、体积小、重量轻、抗颠簸振动。

（4）操纵性能符合司机驾驶习惯，运行平稳，乘坐舒适，电气系统失效保障措施完善。

（5）单位功率的系统设备价格尽可能的低。

各种电动汽车所要求的驱动系统电机输出特性曲线如图1-1所示。

可见，电动汽车驰动电机典型的输出特性主要包括两个工作区:

（1）基速以下的恒转矩工作区，该区间主要保证电动汽车的载重能力。

（2）基速以上的恒功率工作区，该区间保证电动汽车有充足的加速空间。

中型车图1-1不同汽车的驱动输出特性Fig.1-1Driveoutputtraitofdifferentvehicle电动汽车用电动机与一般工业用电机的比较:

电动汽车驱动电机需要有4-5倍的过载以满足短时加速行驶与最大爬坡度的要求;而工业驱动电机只要求2倍过载就可以了。

电动汽车驱动电机的最高转速要求达到在公路上巡航时基速的4-5倍;工业驱动电机只要求达到恒功率时基速的2倍。

电动汽车驱动电机应根据车型与驾驶员的驾驶习惯进行设计;而工业电机通常只根据典型的工作模式进行设计即可。

电动汽车驱动电机要求有高的功率密度和好的效率图（在较宽的转速和转矩范围内都有较高的效率），从而能够降低车重，延长续驶里程:

而工业驱动电机通常对功率密度、效率及成本进行综合考虑，在额定工作点附近对效率进行优化。

电动汽车驱动电机要求可控性高、稳态精度高、动态性能好;而工业驱动电机只有某一种特定的性能要求。

电动汽车驱动电机被安装在机动车上，空间小，工作在高温、坏天气及频繁振动等的恶劣的工作条件下;而工业驱动电机通常在某个固定的位置工作。

1.3.3电动汽车驱动系统中各种电机性能研究

目前在电动汽车中，主要的电机驱动系统[itt（3211Y:

1（491大体也可以分为直流电机调速系统、异步电机调速系统、永磁同步电机调速系统和开关磁阻电机调速系统.下表是对各种主要驱动电机及其驱动系统的性能比较:

表1-1驱动电机性能比较Table/-1Drivemotorcapabilitycompare直流电机（OM）异步电机（IM）永磁同步电机（PMSM）开关磁阻电机（SRM）优点控制简单，只用电压控制，不需检测磁极位置，小容