自动化论文电动汽车驱动电机与控制系统 精品.docx

1、自动化论文电动汽车驱动电机与控制系统 精品毕 业 设 计 论 文题 目 电动汽车驱动电机及控制系统 （院）系 电气与信息工程系 专业 电气工程及其自动化 班级0102班 学号 0101120203 号学生姓名 熊 志 勇 导师姓名 谢 卫 才 完成日期 2005年6月8日 湖南工程学院毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 电动汽车驱动电机及控制系统 姓名 熊志勇 系别 电气与信息工程专业 电气工程及其自动化 班级 0102 学号 03 指导老师 谢 卫 才 教研室主任 石 安 乐 一、 基本任务及要求： 研制一套电动汽车驱动电机及控制系统 1.掌握电动汽车驱动电机及控制系统的系统结构及设

2、计方法，了解电动汽车电机及驱动系统的发展。 2.确定总体方案，完成总体设计与论证 3.电机电磁方案设计与研究 4.控制系统硬件和软件设计 5.编制技术文件 二、 进度安排及完成时间： 3月7日 老师布置任务，下达设计任务书 3月7日-26日查阅资料、撰写文献综述和开题报告 3月27日-4月9日 毕业实习、撰写实习报告 4月10日-5月30日 毕业设计 6月1日-6月14日 撰写毕业设计论文 6月15日-6月17日 指导教师评阅、电子文档上传FTP 6月17日-6月20日 毕业设计答辩（公开答辩、分组答辩） 6月21日-6月23日 毕业设计成绩评定 6月24日-6月30日 毕业设计资料归档 目

3、录摘 要 1Abstract 2 第1章 绪论 31.1电动汽车的发展背景 31.1.1资源问题 31.1.2环保问题 31.1.3汽车产业结构问题 31.1.4电动车目标市场分析 31.2电动汽车的行业风险分析 41.2.1产业风险 41.2.2技术风险 41.3 电动汽车行也的前景与展望 51.4 课题研究的内容与意义 5第2章 稀土永磁无刷直流电动机的组成与原理 62.1 电动汽车用电动机的种类 62.2 组成环节 62.2.1电动机本体 72.2.2 逆变器 72.2.3 转子位置传感器 72.3 工作原理 8第3章 TMS320LF2407的简介 113.1 DSP的发展现状 113

4、.1.1 DSP芯片的基本结构和特征 113.1.2 DSP芯片的结构特点 153.2 TMS320LF2407 DSP控制器 163.3 TMS320LF2407 DSP控制器主要功能 173.4事件管理模块 203.5CAN控制模块 213.6片内外设 223.7DSP仿真开发工具的选择 22第4章 系统总体设计方案与控制策略研究 264.1系统总体设计方案 264.1.1 主回路 264.1.2位置检测方案 264.1.3 速度检测方案 264.1.4 电流检测方案 264.1.5 速度调节方案 274.1.6 电流调节方案 274.2 PID调节的基本原理 284.2.1 PID调节器

5、各参数对控制效果的影响 294.2.2 常用的PID参数的整定方法 294.2.3 PID控制器的局限性和及其发展方向 30第5章 系统软硬件实现方案 325.1 数据处理板 325.1.1 速度及其位置检测器-QEP电路 325.1.2 用比较单元和PWM电路产生PWM波形 335.1.3 A/D转换电路及实现 345.1.4保护电路 355.2 功率驱动板 355.2.1驱动集成电路PM300CVA060 355.2.2光耦电路 365.3 COFF文件格式 365.4 汇编语言的编程实现 365.4.1 主程序的实现 375.4.2 中断程序的实现 375.4.3 CAN总线通讯设计 3

6、9参考文献 45致谢 48附录 A TMS320LF2407功能结构图 49附录 B 调速系统硬件结构原理图 50电动汽车驱动电机及控制系统摘 要：随着石油资源的减少和人们环保意识的提高，电动汽车的发展越来越受到人们的重视，各大汽车公司都投入到了电动汽车的开发当中，我国也将电动汽车作为开发的重点，投入了大量的资金支持开发。电动汽车的开发呈现一种欣欣向荣的景象。本课题是电动汽车电机及控制系统，电动汽车采用永磁无刷直流电机作为驱动电机，本设计使用TI公司的TMS320LF2407DSP芯片作为其核心控制芯片，利用DSP芯片的高速计算能力和先进的外设，实现其驱动装置的全数字化控制。其核心控制算法采用

7、双闭环PID算法，采用了TMS320LF2407以后，不仅简化了系统的外围设备，降低了系统的功耗，而且还提高了系统的准确性和实时性，获得了更好的控制效果。本论文重点进行了下面几个方面的研究工作：了解稀土永磁无刷直流电机的工作原理；仔细研究了TMS320LF2407的结构和工作原理；控制方案的选择和制定；编写驱动装置控制器的软件部分；程序的调试 和结果分析；CAN协议的研究和CAN通讯的实现。实验证明了控制软件的正确性和控制方案的可行性。关键词:电动汽车，永磁无刷直流电动机，DSP, CAN，全数字化The Driving Electric Machinery and the Control S

8、ystem of Electrical VehicleAbstract：Along with the reduce of petroleum resource and enhancement of environment protecting consciousness, electric motor becomes more and more important to people. What is more, some famous motor manufacturers begin to research electric motor. The government of China h

9、as already plough a large quantity of fund into the development of electronic motor. TMS320LF2407 DSP of TI corp. will become core of controlling. Using speed calculating capability and advanced peripheral device to realize digitalized control of driving device. Core of control arithmetic is double

10、closed loop arithmetic. Exterior facility of system become simple, reduces power and enhances veracity by using DSP chip. The paper emphasis on several work described as follows: Theory of thulium no-brush DC motor will be research. The framework and theory of TMS320LF2407 will be research. Selectin

11、g and establishing the method of control. Writing the soft of control arithmetic. Debugging program and analyzing result. The research of CAN protocol and the realization of CAN communication.Keywords: Electrical Vehicle, BLDC, DSP, CAN, figure第1章 绪 论1.1 电动车的发展背景分析电动汽车是最近几年，汽车工业研究和开发的重点，全世界各大汽车公司全都投

12、入了大量的资金进行电动汽车的开发，我国也将电动汽车作为汽车工业的重点发展方向。1.1.1 资源问题研究表明，目前世界石油蕴藏量按现在的消耗量(消耗增量)仅可供50-70年，此研究已为世界所公认。中国国防报2000年8月16日报道，中东地区的石油开采年限为87年，亚太地区为16年，北美为16年，欧洲为9年。我国石油储量仅占世界2%，自1993年开始，我国己变为石油净进口国，2000年我国进口石油7000万吨，预计2005年后将超过1.5亿万吨，相当于科威特一年总产量。随着我国进入汽车消费普及期，汽车拥有量将迅速增加，能源紧张状况将日趋严峻。近年来，石油价格猛涨。石油与国家安全密切相关，其作为一种

13、战略物质大量进口必然受制于人，该问题己引起各国的极大重1。1.1.2 环保问题从环境角度讲，我国的环境污染十分严重，世界环境污染最为严重的十大城市中，我国就占了7个。汽车排出污染物有HO, HC. NOx和微粒等，它们会对人类的身体健康造成危害;另外，汽车排出的CO2虽然对人体的健康无害，但它会造成温室效应，破环大自然的生态平衡，对大气环境造成严重的影响。特别是在中国加入WTO后，汽车关税逐年下降，2006年7月降到25%，进口汽车的环保性具有很强的竞争力。发展电动汽车，实现汽车工业的可持续发展，已经形成了共识。1.1.3 汽车产业结构问题面对国外竞争对手强大冲击，我国弱小的汽车工业举步维艰，

14、新一代汽车，实现产业化，可以促进我国汽车工业实现跨越式发展发展。开发电动车有两次高潮，一次是二战期间，当时汽油都用于战争；另一次是第一次中东战争期间，美国联合其他国家开发电动车，水平又有所提高。目前各国电动车研发水平差距并不太大，基本在一条起跑线上。因此，电动车的开发有利于调整我国汽车产业结构，提高竞争力，努力缩短与其他国家的差距。1.1.4 电动车目标市场分析迫于能源与环保的压力，世界各大汽车公司无不涉足电动汽车领域，但是由于技术和经济上存在的各种困难，电动汽车要实现商品化还有相当长的路要走，而混合动力汽车技术相对较为成熟，由于采用了精湛的机电祸合技术和智能化的整车控制策略，从而实现整车的高

15、性能、低能耗和低排放。因此，日本、美国等多家汽车公司己经和正向市场推出各种混合动力汽车产品，最近欧洲六大汽车公司联合就混合动力汽车技术进行了研讨和综合论述，认为其技术成果有望使混合动力汽车的成本接近于传统汽车，使用户有能力支付，生产厂商也有利可图。专家普遍评价:混合动力汽车是21世纪初汽车产业界的一场革命，只有混合动力汽车才能满足世纪之初对汽车的环保与节能要求。从国内市场来看，由于经济的持续快速增长，城市规模不断扩大，大型公交车数量将呈现迅速增加的趋势。近年来，各大城市已纷纷将推广使用清洁公交车作为净空气、改善环境的一项重要措施，特别是北京申办2008年奥运会的成功，更为洁净型城市公交车的迅速发展提供了极佳的市场机遇。1.2 电动车行业的风险分析电动汽车的开发也是具有很大的风险性，电动汽车的开发需要投入大量的资金和人力，这就不可避免的带来了产业的风险性。1.2.1 产业风险电动汽车在社会与经济可持续发展过程中的作用是无可质疑的，电动汽车代表了21世纪汽车工业的发展方向，这是行业的共同认识。但是，真正将电动汽车发展提上议事日程并完全产业化有待时日，这是因为在关键技术上还有待突破性的进展。电动汽车某些技术的不成熟性似