电动两轮车用永磁同步电机矢量控制器的研究-控制理论与控制工程专业论文.docxVIP

江西理 江西理工大学硕士学位论文 目录 PAGE PAGE III 目 录 摘 要I ABSTRACT II 第一章 绪 论 1 1.1 课题背景 1 1.2 电动两轮车驱动用电机的发展和分类 2 1.3 不同反电动势的永磁无刷电机分类 2 1.3.1 梯形波反电动势直流无刷电机 3 1.3.2 正弦波反电动势永磁同步电机 3 1.4 永磁同步电机的调速方法和课题研究目标 4 1.4.1 调速方法的分类 4 1.4.2 测速实现方法 5 1.4.3 课题研究目标 5 1.5 论文的各章概要介绍 5 第二章 永磁同步电机原理及其控制系统 7 2.1 永磁同步电机内部结构及其工作原理 7 2.1.1 永磁同步电机内部结构 7 2.1.2 永磁同步电机霍尔传感器原理 7 2.2 永磁同步电机数学模型和坐标变换 9 2.2.1 三相永磁同步电机控制拓扑结构 9 2.2.2 电机控制中三种坐标系的建立 10 2.2.3 永磁同步电机数学模型 12 2.3 基于转子磁链定向的永磁同步电机矢量控制系统 14 2.4 SVPWM 原理介绍 16 2.5 本章小结 22 第三章 电动两轮车矢量型控制器硬件设计 24 3.1 控制器硬件结构框图的阐述 24 3.2 电源电路 24 3.3 单片机及其外围电路 26 3.4 系统主电路及其驱动 27 3.4.1 系统主电路 27 3.4.2 功率驱动电路 28 3.5 检测电路 31 3.5.1 霍尔反馈电路 31 3.5.2 电流检测电路 32 3.5.3 速度给定输入电路 33 3.5.4 电池电压检测电路 33 3.5.5 刹车信号输入电路 34 3.6 本章小结 34 PAGE PAGE IV 第四章 电动两轮车矢量型控制器软件设计 36 4.1 永磁同步电机矢量控制系统用数字芯片 36 4.2 矢量型控制器总体软件控制框图 37 4.3 系统主程序及相应外设初始化 38 4.3.1 系统主程序流程图 38 4.3.2 系统初始化 39 4.4 系统关键技术及其软件实现 41 4.4.1 电机初始起动算法的研究 41 4.4.2 电机速度测量原理及软件实现 47 4.4.3 电机实时角度的估测及软件实现 50 4.4.4 SVPWM 及其过调制的软件实现 52 4.5 中断程序介绍 59 4.6 程序中数据的处理 60 4.6.1 AD 数据处理 60 4.6.2 程序中运算数据的处理 62 4.7 本章小结 67 第五章 控制实验平台的建立及实验结果 68 5.1 程序调试平台介绍 68 5.2 程序调试实验结果 70 5.3 控制器效率测试及结果 73 5.4 装车调试 74 5.5 本章小结 75 第六章 结论与展望 76 6.1 总结 76 6.2 展望 76 参 考 文 献 78 致谢 81 攻读学位期间的研究成果 82 第一章 第一章 绪 论 PAGE PAGE 1 第一章 绪 论 1.1 课题背景 全球能源尤其石油等化石燃料的消耗量呈逐年增加之势，对环境气候构成的威胁越 来越大，导致人们对安全能源的需求越来越旺盛。越来越多的国家也意识到，减少石油 使用量，是解决当前能源问题的主要途径之一[1]-[5]。电力交通工具使用电能作为能量来 源，为人们生活提供便捷的同时，还能减少石油消耗、降低温室气体的排放量、增加能 源安全，是缓解目前全球环境气候危机的一个有效途径[6]。在我国，城镇化进程的发展 和城市人口的增加带来了交通拥挤、空气污染等一系列问题，使国人逐渐认识到绿色交 通的重要性。电动两轮车以其环保、价格便宜、灵活便捷等优点出现在市场上，受到了 越来越多国人的青睐。 电动两轮车的历史最早可以追溯到 1881 年，但当时的电动两轮车只是处于兴趣研 发实验阶段[7]，直到 1895 年，美国的 Ogden Bolton 基于直流有刷电机，制造出了一辆 最早电动两轮车，并且申请了相关专利[8]，随后又有不少学者提出了基于不同构造的电 动两轮车模型[9]-[11]。但是随着 20 世纪初内燃机技术的突破，再加上电动两轮车在价格、 可靠性、续航能力方面的缺陷，电动两轮车的发展一度中止；直到 20 世纪 70 年代，随 着环境问题的逐渐凸显，电动两轮车才再次得到发展。到现在，大多数国家政府都鼓励 使用电动两轮车作为交通工具，但也有许多国家由于汽车普及率高、人口密度广、公共 交通发达等原因导致电动两轮车的市场占有率并不高，电动两轮车大多以休闲设备的方 式存在[12]。 而在我国，电动两轮车的发展史可以追溯到 20 世纪 80