电动汽车电机控制器软件设计.docx

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电动汽车电机控制器软件设计

中文摘要…………………………………………………………………………………………1

英文摘要…………………………………………………………………………………………2

绪论………………………………………………………………………………………………3

1.1本课题的研究背景及意义…………………………………………………………………3

1.2车用电机的主要类型及永磁直流无刷电动机的优势…………………………………4

1.3无刷直流电机的驱动系统…………………………………………………………………5

1.4本文的主要工作及内容安排……………………………………………………………5

第二章永磁无刷直流电机的工作原理…………………………………………………………6

2.1无刷直流电机的基本结构………………………………………………………………6

2.1.1永磁电机本体……………………………………………………………………6

2.1.2电子换向器………………………………………………………………………6

2.1.3传感器……………………………………………………………………………7

2.2无刷直流电机的数学模型…………………………………………………………………7

2.3无刷直流电机的工作原理及控制方法……………………………………………………9

第三章永磁无刷直流电机控制器的硬件设计………………………………………………12

3.1基于CYPRESSCY8C24533芯片的控制器构成及资源配置…………………………12

3.2PWM调制过程…………………………………………………………………………13

3.2.1PWM输出…………………………………………………………………………13

3.2.2峰值电流保护……………………………………………………………………13

3.2.3平均电流保护……………………………………………………………………14

3.3AD转换…………………………………………………………………………………15

第四章永磁无刷直流电机控制器的软件设计………………………………………………17

4.1功能需求及软件实现设计………………………………………………………………17

4.2系统主程序结构…………………………………………………………………………17

4.3定时器相关程序设计……………………………………………………………………18

4.4PWM调制程序设计……………………………………………………………………21

4.5AD转换……………………………………………………………………………………21

4.6其他………………………………………………………………………………………23

4.6.1电机运行函数……………………………………………………………………24

4.6.2霍尔检查程序……………………………………………………………………25

4.6.3MOS管检查………………………………………………………………………26

4.6.4欠压保护…………………………………………………………………………26

4.7小结………………………………………………………………………………………26

总结………………………………………………………………………………………………27

谢辞………………………………………………………………………………………………28

参考文献…………………………………………………………………………………………28

电动汽车电机控制器软件设计

摘要：

在目前全球能源危机和温室效应越来越严重的情况下，电动车以其无污染、低噪声、效率高，便于操作等优点，越来越受到人们的青睐。

电动汽车的核心是电动机，电动机中最具优势的是无刷直流电动机，而无刷直流电机的控制是电动机的关键技术。

本课题运用CYPRESS公司的CY8C24533型芯片，在控制器硬件设计的基础上，进行了系统控制软件的设计。

本文首先分析研究了车用电动机的发展动态，阐述了无刷直流电动机的优势所在。

之后针对无刷直流电动机，详细地介绍了它的工作原理、数学模型、驱动性等相关知识。

然后立足它的工作原理等知识，我对无刷直流电动机的控制器进行了大体设计，并对其关键部分如PWM、ADC进行了详细的探究；并在前文的基础上，利用了手头的资料，使用C语言对无刷直流电机控制器的软件进行编写，取得了一定的成果。

关键词：

电动汽车,直流无刷电动机控制器,片上可编程系统

SoftwareDesignof

theElectricVehicleMotorController

Abstract:

Inthecasethatcurrentglobalenergyisinacrisisandthegreenhouseeffectbecomesmoresevere,theelectriccarwithitsno-pollution,lownoise,high-efficiency,easyoperationandsoon,isbeingmoreandmorepopularinpeople.Thecoreofelectricvehicleismotor,andthebrushlessDCmotoristhemostadvantageofelectricmotor.AndthebrushlessDCmotorcontroltechnologyisthekeytechnologyoftheelectricmotor.MyissuehasdoneasoftwaredesignofthecontrollerofbrushlessDCmotoronthebaseofitshardwaredesignwithachipnamedCY8C24533designedbyCypressCo.Ltd.

Thispaperanalyzedthedevelopmentofmotorusedonvehicle,describing

theadvantagesofbrushlessDCmotor.AndforbrushlessDCmotor,thisarticledescribedadetailedpresentationofitsworkingprinciple,mathematicalmodel,driven-characteristicsandsoon.Thenbasedontheknowledgeofhowitworks,IdidagenerallydesignwiththebrushlessDCmotorcontroller,anddidadetailedresearchofitskeypartlikePWM、ADCandsoon;andbeyondallofthisabove,IusedClanguagetowriteasoftwaretocontrolthebrushlessDCmotorcontrollerwithsomedocumentsbymyhand,andIgotasuccess.

Keywords:

ElectricVehicle,BrushlessDCmotorcontroller,PSoC

1绪论

1.1本课题的研究背景及意义

电动汽车（EV）是绿色产品，是集汽车技术、电子及计算机技术、电化学技术、能源及新材料技术于一体的高新技术产品，是人类新一代的清洁交通工具。

电动汽车包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车（燃料中的化学直接转化为电能驱动汽车运行）三种类型。

其中，纯电动汽车的系统结构如下图所示。

图1.1纯电动汽车的主体结构

与传统的内燃机汽车比较，电动汽车的优势主要有:

1．无污染，噪声低:

电动汽车在运行过程中，不产生废气，被誉为“零排放”汽车，对环境保护和空气洁净十分有益。

2．能源利用率高，多样化:

对电动汽车运行情况，其能源使用效率高于内燃机汽车，特别是在城市运行中，汽车走走停停，行驶速度不高的情况下，电动汽车更加适宜。

另一方面，电动汽车蓄电池充电可以采用多种能源形式，如煤炭、天然气、核能以及多种可再生能源，因此可以有效减少对石油资源的依赖。

3．结构简单，使用维修方便:

电动汽车较内燃机汽车结构简单，运转、传动部件少，维修保养工作量小。

近四十多年来，西方工业发达国家政府把电动汽车的研究开发看作解决环境问题和能源问题的一种有效手段，在经济上给予大力支持。

美国政府至今己出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车技术的开发研究。

至90年代末期，国外大汽车公司己开发生产了100多种型号的纯电动汽车、燃料电动汽车和混合动力汽车。

其中，已有10多种纯电动汽车车型投入商业化生产。

无论纯电动汽车、混合动力电动汽车还是燃料电池电动汽车，车用驱动电机系统既是关键技术又是共性技术。

然而，纵观国内电动汽车市场，其驱动电机系统的核心部件——牵引控制器却基本采用进口的控制器，严重制约了我国电动车行业的发展。

所以，研究有自主知识产权的牵引控制器意义非常重大，并且从产品的市场来看，随着电动车辆市场份额的扩大和无刷直流电动机优越的性能等诸多因素的考虑，本控制器具有很大的市场潜力和发展空间，本课题具有相当的研究价值。

1.2车用电机的主要类型及永磁直流无刷电动机的优势

目前电动汽车的驱动电机的主要类型有：

直流电动机（DC），感应电动机（M），永磁电动机（BDCM和PMSM）和开关磁阻电动机（SRM）。

直流电机的驱动特性如图所示。

从图中可以看到直流电机在基本转速Nb以下运行于恒转矩区，基本转速以上运行于恒功率区。

它的这种特性很适合汽车对动力源低速高转矩、高速低转矩的要求，而且直流电机结构简单，易于平滑调速，控制技术成熟，因此被广泛地应用在电动汽车上。

图1.2直流电机的驱动特性

但是，传统的直流电动机均设有电刷，以机械方式进行换向，因而存在机械摩擦，带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点。

因此随着技术的发展，无整流器（无刷）电动机逐渐扮演起更重要的角色。

与普通直流电动机相比，它具有低价格、易控制、使用寿命长、高可靠性、低噪音、体积小、起动力矩大等优点。

本课题中我采用了永磁无刷直流电机，其功率密度高、调速性能好、在宽转速范围内运行效率高（90%-95%），是理想的电动车驱动电机。

1.3无刷直流电机的驱动系统

永磁无刷直流电机常采用电流斩波控制，控制系统主要由桥式变换器、PWM控制电路、电机转轴位置检测器组成。

本文给出了一种方案，即通过对电动机转臂位置的采样，综合使用者发出的指令（如制动、巡航等），并考虑电流、电压、温度等多因素的影响，进行分析判断，输出PWM信号驱动MOSFET晶体管或IGBT大功率驱动管来控制电机运行。

1.4本文的主要工作及内容安排

本文主要基于CY8C24533芯片对带传感器的无刷直流电动机控制系统的硬件设计，进行其软件系统设计，并努力实现设计初衷的功能，目前已取得良好成果。

论文的具体内容安排如下：

第二章：

介绍无刷直流电动机的工作原理及数学模型，并介绍了直流无刷电动机的整个控制过程。

第三章：

阐述了无刷直流电