電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

.z.碩士學(xué)位論文電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)用永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolsystemforelectricvehicleDesignofpermanentmagnetsynchronousmotorcontrolsystemforelectricvehicle作者指導(dǎo)教師學(xué)科專業(yè)控制工程二0一五年六月-.z.摘要本文在開(kāi)場(chǎng)先介紹了研究電動(dòng)汽車(chē)的背景及其意義，并介紹了電動(dòng)汽車(chē)在國(guó)外的開(kāi)展現(xiàn)狀，然后從電動(dòng)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動(dòng)性，平安性及舒適度，三個(gè)方面分析了電動(dòng)汽車(chē)比其他燃料汽車(chē)存在的優(yōu)越性。電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，本文中從其驅(qū)動(dòng)方式把電動(dòng)機(jī)分為四大類，直流有刷電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。本章從工作原理與性能方面分析了，這四種電動(dòng)機(jī)各存在的優(yōu)點(diǎn)和缺乏。從中得出永磁同步電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車(chē)比擬理想的選擇。本文剛開(kāi)場(chǎng)介紹了永磁同步電動(dòng)機(jī)PMSM的三種不同的控制方式，恒壓頻比控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制，并從三者之間比擬得出，PMSM采用直接轉(zhuǎn)矩控制DTC的方式有著比其他兩者更好的穩(wěn)定性。隨后從永磁同步電動(dòng)機(jī)PMSM的構(gòu)造及其特點(diǎn)，分析了其優(yōu)越性，并建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)空間矢量坐標(biāo)關(guān)系推導(dǎo)出PMSM的在各坐標(biāo)系下DTC的原理。本章分析了定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的估算和滯環(huán)控制，通過(guò)其原理研究了開(kāi)關(guān)表控制的方式，并對(duì)PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC的Matlab/Simulink仿真，最終得出了DTC較其它控制方式的穩(wěn)定性。其次分析了永磁同步電機(jī)PMSM的直接轉(zhuǎn)矩控制DTC存在的諸多缺點(diǎn)，并提出基于SVM技術(shù)的SVPWM的控制方式，即空間矢量調(diào)制DTC控制策略，通過(guò)Matlab/Simulink仿真，得出SVPWM比PMSMDTC有著更好的穩(wěn)定性。TI公司推出的TMS320F2812DSP芯片的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，兩個(gè)方面研究了該芯片。DSP硬件方面包含了智能模塊的自保護(hù)特性，并設(shè)計(jì)了檢測(cè)電路，保護(hù)電路，驅(qū)動(dòng)電路和CAN通信等模塊，軟件系統(tǒng)方面分析了，其初始化流程圖，接收流程圖等。關(guān)鍵詞：永磁同步電機(jī)；直接轉(zhuǎn)矩控制；DSP；SVPWMAbstractInthispaper,wefirstintroducethebackgroundandsignificanceoftheresearchofelectricvehicles,andintroducesitspresentsituationofdevelopmentathomeandabroad,andfromthefueleconomyanddriving,safetyandfort,threeaspectsanalysistheadvantagesofelectricvehiclesthanotherfuelvehiclese*ist.Asthemotorofthecoreponentsofelectricvehicles,fromthedrivemotorisdividedintofourcategories,DCbrushlessmotor,permanentmagnetsynchronousmotor,permanentmagnetbrushlessDCmotorandswitchedreluctancemotor.Thischapteranalyzestheadvantagesanddisadvantagesofthesefourmotorintheaspectsoftheworkingprincipleandperformance..ItisconcludedthatthepermanentmagnetsynchronousmotorPMSMasthecoreponentofelectricvehicle,istheidealchoiceofthemotorvehicle..Inthischapter,threedifferentcontrolmodes,constantfrequencyratiocontrol,vectorcontrolanddirecttorquecontrolofPMSMareintroduced..Andtheparisonbetweenthethree,thedirecttorquecontrolDTChasbetterthantheothertwo.Then,thestructureandcharacteristicsofPMSMareanalyzed,andtheadvantagesofPMSMPMSMareanalyzed,anditsmathematicalmodelisestablished..Accordingtothespacevectorcoordinate,themathematicalmodelofPMSMisdeducedandtheprincipleofDTCisanalyzed..Inthischapter,thestatorflu*linkageandthemagnetictorqueestimationandthehysteresiscontrolareanalyzed,andtheresearchmethodsoftheswitchingtablecontrolarestudiedbytheprinciple..TheMatlab/SimulinksimulationofthedirecttorquecontrolDTCofPMSMisdemonstrated,andtheadvantagesoftheDTCcontrolmodestabilityareproved..Secondly,thedisadvantagesofthePMSMdirecttorquecontrolDTC,theflu*linkage,thelargetorqueripple,andthepoorperformanceofthecontrolsystemareanalyzed..ThecontrolmodeofSVPWMbasedonSVMtechnologyisproposed,thatis,therealizationofthespacevectormodulationDTCcontrolstrategy..ThroughthesimulationofMatlab/Simulink,SVPWMhasbetterstabilitythanPMSM-DTC.Atlast,thedesignofthecontrolsystemofDSPTIchipisintroduced,andthedesignofthehardwarecircuitandthedesignofthesoftwarepartarestudied.Thechipisdescribedintwoaspects..DSPhardwareincludestheself-protectionofthesmartmodule,andthedetectioncircuit,protectioncircuit,drivercircuitandCANmunicationmodule.Thesoftwaresystemanalysis,anditsinitializationflowchart,receivingflowchartandsoonmanyparts.KeyWords：permanentmagnetsynchronousmotor;directtorquecontrol；DSP；SVPWM-.z.目錄摘要I1.緒論11.1論文的研究背景和意義11.2電動(dòng)汽車(chē)國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀21.2.1電動(dòng)汽車(chē)國(guó)外開(kāi)展?fàn)顩r21.2.2電動(dòng)汽車(chē)國(guó)開(kāi)展現(xiàn)狀31.3電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)越性51.3.1提高燃油經(jīng)濟(jì)性51.3.2提高驅(qū)動(dòng)性51.3.3提高平安性和舒適度51.4驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作原理與性能比擬61.4.1直流有刷電動(dòng)機(jī)61.4.2永磁同步電動(dòng)機(jī)61.4.3永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)71.4.4開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)71.5永磁同步電動(dòng)機(jī)的多種控制策略81.5.1恒壓頻比控制81.5.2矢量控制81.5.3直接轉(zhuǎn)矩控制81.6本論文的的主要工作及安排91.6.1主要研究工作91.6.2論文安排92.電動(dòng)汽車(chē)PMSM系統(tǒng)研究92.1永磁同步電機(jī)92.1.1永磁同步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和特點(diǎn)102.1.2永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型112.2直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn)142.2.1定子磁鏈的估算和滯環(huán)控制152.2.2電磁轉(zhuǎn)矩的估算與滯環(huán)控制162.2.3開(kāi)關(guān)表的研究172.3直接轉(zhuǎn)矩控制MATLAB仿真183.SVPWM研究253.1引言253.2SVM技術(shù)用于永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制253.2.2SVPWM技術(shù)研究263.2.3電壓幅值研究293.2.4電壓矢量的分區(qū)313.3SVPWM的MATLAB仿真324.TMS320F2812DSP控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)354.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)354.2硬件電路設(shè)計(jì)364.2.1DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)364.2.2智能功率模塊的自保護(hù)特性394.2.3檢測(cè)設(shè)計(jì)電路414.3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)455.工作總結(jié)與展望505.1總結(jié)505.2展望50參考文獻(xiàn)51-.z.1.緒論本章節(jié)開(kāi)場(chǎng)論述了電動(dòng)汽車(chē)的研究背景，意義及其開(kāi)展的現(xiàn)狀，并對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)與電動(dòng)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動(dòng)性，平安性及舒適度進(jìn)展比照，證明了電動(dòng)汽車(chē)的優(yōu)先性，另外把多種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)在工作原理和性能進(jìn)展比擬，得出永磁同步電動(dòng)機(jī)更適合電動(dòng)汽車(chē)，并分析了永磁同步電動(dòng)機(jī)的三種控制策略，證明永磁同步電動(dòng)機(jī)，直接轉(zhuǎn)矩控制是最比擬好的選擇。1.1論文的研究背景和意義[1]人類活動(dòng)對(duì)我們周?chē)沫h(huán)境造成了一定的影響，這樣就出現(xiàn)了環(huán)境問(wèn)題，環(huán)境問(wèn)題對(duì)我們的生產(chǎn)和生活也有影響，目前人類知道的環(huán)境污染有主要有多種：全球變暖，酸雨，淡水資源危機(jī)，土地荒漠化，物種加速滅絕，有毒化學(xué)品汽油和柴油。汽車(chē)用燃料燃燒后，產(chǎn)生的尾氣中，成分非常復(fù)雜，達(dá)有100種以上，尾氣危害著人類生存安康，對(duì)人類生活的環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。正是由于能源與環(huán)境存在的很多問(wèn)題，才使人類認(rèn)識(shí)到，電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)該代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃料汽車(chē)，這樣就會(huì)對(duì)環(huán)境的改善做出奉獻(xiàn)。電動(dòng)汽車(chē)主要是運(yùn)用電能驅(qū)動(dòng)，而電能是清潔能源，不會(huì)對(duì)大自然帶來(lái)，諸如溫室效應(yīng)，環(huán)境污染等問(wèn)題，而且電能的利用率比傳統(tǒng)的汽車(chē)高很多。現(xiàn)在很多能源都可以轉(zhuǎn)換成電能，如水能，風(fēng)能，潮汐能，等等，如假設(shè)在晚上，給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)展充電，就可以充分的利用電能。以下圖給出了汽油機(jī)車(chē)輛，柴油機(jī)車(chē)輛及電動(dòng)汽車(chē)所排放的有毒有害氣體的比擬。如圖1.1圖1.1各種車(chē)輛全部有害排放物的比擬由上圖1.1可見(jiàn)，傳統(tǒng)的汽油，柴油汽車(chē)所排放的污染物，如CO等有害物很多，如果不經(jīng)過(guò)處理，就這樣隨便排放到我們的環(huán)境中，勢(shì)必會(huì)對(duì)我們的周?chē)h(huán)境帶來(lái)很大的危害，如果這些有害物質(zhì)被人類吸入的話，就會(huì)對(duì)人類的生存也會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)，而且電動(dòng)汽車(chē)還有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，就是不會(huì)產(chǎn)生太大的噪聲。燃油車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)由復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)裝置組成，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，運(yùn)行，加速的環(huán)節(jié)，會(huì)造成很大的噪聲污染，而電動(dòng)汽車(chē)就可以極大的防止了大噪聲的發(fā)生。1.2電動(dòng)汽車(chē)國(guó)外開(kāi)展現(xiàn)狀現(xiàn)代的電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)展了100多年，已經(jīng)不是以前單一的技術(shù)，現(xiàn)代的電動(dòng)汽車(chē)是以電池為主要?jiǎng)恿υ?，?qū)動(dòng)來(lái)源主要是電，在進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，人類在電力電子，自動(dòng)控制等方面的技術(shù)，已經(jīng)得到了很大的開(kāi)展，現(xiàn)代的電動(dòng)汽車(chē)包含了各種各樣的工程技術(shù)于一身。現(xiàn)在的電動(dòng)汽車(chē)主要可以分為以下幾大類型：純電動(dòng)汽車(chē)，燃料電動(dòng)汽車(chē)，混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)。電動(dòng)汽車(chē)國(guó)外開(kāi)展?fàn)顩r在日本，美國(guó)，歐洲等許多興旺國(guó)家，人類對(duì)環(huán)境的破壞越來(lái)越嚴(yán)重，所以國(guó)家政府對(duì)燃料汽車(chē)的排放要求也越來(lái)越苛刻，因此各國(guó)政府對(duì)相關(guān)的汽車(chē)廠家也投入了很多的人力，物力，財(cái)力，來(lái)促使汽車(chē)生產(chǎn)廠家開(kāi)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)投入了很多技術(shù)，并且對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的使用者采取鼓勵(lì)政策。這樣從國(guó)家，廠家，買(mǎi)家三方面采取相關(guān)的措施，促使電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)一步的開(kāi)展。(1)日本。三菱汽車(chē)公司于2009年量產(chǎn)型電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)，其使用鋰離子電池屬全世界首次的。輕型汽車(chē)“i〞的車(chē)體搭載有永磁同步電動(dòng)機(jī)及質(zhì)量為200kg的蓄電池組，一次充電不使用空調(diào)的情況下可以行使120km，使用空調(diào)的話可以行使100km。開(kāi)場(chǎng)初期主要賣(mài)給公司等法人單位，2010年4月開(kāi)場(chǎng)向個(gè)人預(yù)定銷售，如果可能的話，這將是一般駕駛員可以購(gòu)入的初次的真正的電動(dòng)汽車(chē)。日本汽車(chē)公司已經(jīng)在2010年后半年將其新研發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)LEAF投入市場(chǎng)。LEAF使用了薄板型緊合鋰離子及輸出了功率為80kw的電動(dòng)機(jī)。有關(guān)電動(dòng)汽車(chē)的特性還沒(méi)有完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以比擬很難，但是可以認(rèn)為和三菱的i-MiEV相比，能量裝置和功率裝置的性能應(yīng)該在其2~3倍。因此，日產(chǎn)說(shuō)“可以到達(dá)和過(guò)去的汽油車(chē)同等的快速反響和駕駛舒適性〞。其發(fā)表的行使距離為充滿電情況下160km。可以說(shuō)制造商在加快充電速度方面也下了很大功夫，今后如果在各地配置像汽油加油站那樣的快速充電器的話，在30min就可以將電池由0充到80%。新型汽車(chē)級(jí)公司三菱i-MiEV(2)美國(guó)。美國(guó)在很早以前就開(kāi)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的資助，并與1976年，立法，補(bǔ)貼的手段刺激本國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)展。早在1900年美國(guó)加州已經(jīng)公布了防止大氣污染的限制性法令，其要求在隨后的幾年里，加州不斷的提高新電動(dòng)車(chē)的銷售量所占的比重。正是由于美國(guó)法規(guī)的推行，促使電動(dòng)汽車(chē)慢慢的生產(chǎn)和應(yīng)用，此后，美國(guó)還陸陸續(xù)推出了很多鼓勵(lì)性的政策，來(lái)促進(jìn)廠家生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)從而加速了美國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)的進(jìn)程，并且多家公司簽訂協(xié)議，一起聯(lián)合研究新型電動(dòng)汽車(chē)電池。從而使鈉硫電池代替了原始的鉛酸電池。(3)歐洲。歐洲對(duì)環(huán)境污染看的很重，也對(duì)節(jié)能減排很重視，因此歐洲各國(guó)公布了相關(guān)法令，來(lái)推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)，生產(chǎn)和銷售的進(jìn)程。德國(guó)政府早在1994年就開(kāi)場(chǎng)給電動(dòng)汽車(chē)廠家投入補(bǔ)助1.5億馬克，隨后進(jìn)一步UI新一代電動(dòng)汽車(chē)試驗(yàn)實(shí)行補(bǔ)助，低息貸款及減稅等優(yōu)惠的政策，早在20世紀(jì)80年代，就已經(jīng)開(kāi)場(chǎng)了生產(chǎn)大型電動(dòng)客車(chē)。德國(guó)政府目標(biāo)2020年成為全球第一大電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)廠家。法國(guó)政府在很早就在政策上支持和鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)技，并為電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)提供很大的資助，政府和多家電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)簽署協(xié)議，共同研發(fā)，生產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)，早在1990年標(biāo)志與雪鐵龍公司就投入兩款電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)展生產(chǎn)，并在20多個(gè)城市率先使用電動(dòng)汽車(chē)，而且政府讓政府單位先使用電動(dòng)汽車(chē)，還有可以免第一年的稅，給生產(chǎn)廠家進(jìn)展一定的補(bǔ)助等多個(gè)好的政策。因此，法國(guó)在全世界電動(dòng)汽車(chē)的使用率排在前列。英國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)技術(shù)和電動(dòng)汽車(chē)的使用量最為廣泛，其歷史已經(jīng)可以追溯到到50多年以前，英國(guó)著名的汽車(chē)設(shè)計(jì)公司早在1979年就開(kāi)場(chǎng)研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，英國(guó)政府公布了很多惠明政策，如免收各種稅款，夜間充電電費(fèi)減半等。其他國(guó)家和地區(qū)對(duì)已經(jīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的技術(shù)展開(kāi)研發(fā)和生產(chǎn)。電動(dòng)汽車(chē)國(guó)開(kāi)展現(xiàn)狀國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的研究起始也比擬早，但是規(guī)模比擬小，投入也比擬少，自20世紀(jì)80年代開(kāi)場(chǎng)，我國(guó)政府比擬重視電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)展，于是把電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)列入國(guó)家開(kāi)展方案，于是國(guó)各高校和汽車(chē)生產(chǎn)廠家陸續(xù)開(kāi)場(chǎng)研究電動(dòng)汽車(chē)，如清華大學(xué)，華南理工大學(xué)，東風(fēng)汽車(chē)公司，都開(kāi)場(chǎng)研究工作，但與國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)還有很大差距。幸福使者電動(dòng)汽車(chē)就是**清源電動(dòng)車(chē)輛公司生產(chǎn)的，其運(yùn)用了純電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)。它搭載優(yōu)質(zhì)電動(dòng)機(jī)并裝配經(jīng)優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)的進(jìn)口電動(dòng)機(jī)控制器，動(dòng)力強(qiáng)勁，采用國(guó)頂級(jí)優(yōu)質(zhì)鉛酸蓄電池，其符合環(huán)保，節(jié)能的理想效果理念。我國(guó)首款批量生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)是被譽(yù)為國(guó)純電動(dòng)“第一車(chē)〞的眾泰2008EV純電動(dòng)乘用車(chē)，其在最大功率，最高時(shí)速，續(xù)航里程都有了很大提升。國(guó)第二款新能源汽車(chē)是奇瑞公司推出的純電動(dòng)汽車(chē)S18，其搭載了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，磷酸鐵鋰電池都對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的性能有所提升。S18充電電壓為民用220V電壓，充電4~6小時(shí)，可以充滿80%的電量?！俺揭惶?hào)〞是我國(guó)的第一輛燃料電池轎車(chē)，其生產(chǎn)并驗(yàn)收于2003年，連續(xù)行駛210km，最高時(shí)速為110km/h，這一燃料汽車(chē)的推出，大大縮短了同世界先進(jìn)國(guó)家的差距。在混合動(dòng)力轎車(chē)領(lǐng)域，我國(guó)的第一汽車(chē)集團(tuán)公司生產(chǎn)的奔騰轎車(chē)是“863”F3DM，F(xiàn)6DM是比亞迪公司于2009年初推出的雙模電動(dòng)轎車(chē)，在日瓦和底特律車(chē)展上一亮相，就引起國(guó)外媒體的關(guān)注，而且在關(guān)鍵動(dòng)力電池技術(shù)上，領(lǐng)先于美國(guó)通用和日本豐田等品牌汽車(chē)。在鐵動(dòng)力電池領(lǐng)域，獲得了很多國(guó)外專利。近幾年，我國(guó)開(kāi)場(chǎng)重視電動(dòng)汽車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)工作，在2001年，科技部把電動(dòng)汽車(chē)重大專項(xiàng)論證會(huì)列為我國(guó)“十五〞“863”隨著國(guó)家對(duì)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的逐步重視，各大汽車(chē)生產(chǎn)廠家也加大對(duì)電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)和生產(chǎn)的投入，慢慢形成了一大產(chǎn)業(yè)，我國(guó)政府的政策也開(kāi)場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)傾斜，各大廠商展開(kāi)合作，共同研究電動(dòng)汽車(chē)這一大新興產(chǎn)業(yè)。與此同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)中的很多重要的組成局部，如電池，電機(jī)等也加大了投入和研究。我國(guó)經(jīng)過(guò)這些年的不懈努力，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)也有了很大提升。1.3電動(dòng)汽車(chē)優(yōu)越性電動(dòng)汽車(chē)用電驅(qū)動(dòng)，傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)使用的是汽油或柴油，從轉(zhuǎn)換率來(lái)講，用電驅(qū)動(dòng)有著更高的變換效率，并且電動(dòng)汽車(chē)還有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如，燃油經(jīng)濟(jì)性，驅(qū)動(dòng)性，平安性和舒適度。另外由于環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，成為了不容無(wú)視的問(wèn)題，因此電動(dòng)汽車(chē)在未來(lái)有很多的開(kāi)展空間，在很大程度上，可能代替燃油汽車(chē)的開(kāi)展空間。提高燃油經(jīng)濟(jì)性汽車(chē)在運(yùn)行的時(shí)候，輪胎有一個(gè)向前的速度，在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，也有一個(gè)轉(zhuǎn)彎的旋轉(zhuǎn)力，而這相當(dāng)于空轉(zhuǎn)，因此，現(xiàn)在只傳遞了60%的動(dòng)力，40%在滑轉(zhuǎn)，我們汽車(chē)的轉(zhuǎn)速，就有一局部損耗在了汽車(chē)的轉(zhuǎn)彎的局部，這和實(shí)際的車(chē)速還是有很大的區(qū)別的。據(jù)此，發(fā)現(xiàn)兩者之間有很大的差異。而這個(gè)差值就會(huì)讓我們浪費(fèi)很多的能量，輪胎摩擦生熱，并且會(huì)在一定程度上，對(duì)輪胎有磨損[3]，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是運(yùn)動(dòng)控制，檢測(cè)驅(qū)動(dòng)和車(chē)輪速度，當(dāng)滑轉(zhuǎn)的時(shí)候，就降低轉(zhuǎn)矩，這樣無(wú)效運(yùn)動(dòng)就會(huì)降低，可以將損失降低很多。使用運(yùn)動(dòng)控制效果確實(shí)可以顯示。另外，電動(dòng)汽車(chē)是利用電來(lái)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，而傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)，使用的是化學(xué)能，燃燒推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣它的轉(zhuǎn)化率很低，電直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽機(jī)效率很高。提高驅(qū)動(dòng)性由于傳統(tǒng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)體積大，其小型化有一定難度，還需要設(shè)置冷卻和排氣系統(tǒng)，而電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，體積很小，這樣電動(dòng)汽車(chē)就可以安裝多個(gè)電動(dòng)機(jī)，他們直接只需幾根電線來(lái)連接。這樣就可以在每個(gè)車(chē)輛安裝一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)汽車(chē)四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)成為可能，在進(jìn)入彎道時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)就可以用輸出不同的轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就就提升了其驅(qū)動(dòng)能力。提高平安性和舒適度電動(dòng)汽車(chē)使用的電動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確控制車(chē)輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩只需檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的電流值，而傳統(tǒng)的燃料汽車(chē)，則非常困難，如果能夠控制發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生的轉(zhuǎn)矩，就可以估算出車(chē)輛的運(yùn)行路面狀態(tài)，并提出警示，根據(jù)路面狀況的最優(yōu)控制也可能的，這樣就會(huì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)更平安，更舒適的汽車(chē)，而傳統(tǒng)的燃料汽車(chē)則不能實(shí)現(xiàn)這樣的功能。通過(guò)燃料的比擬可以看出電動(dòng)汽車(chē)的燃料費(fèi)比汽油車(chē)還廉價(jià)。表1.1燃料費(fèi)的比擬種類條件每千米的燃料費(fèi)電動(dòng)汽車(chē)夜間電費(fèi)1~2日元通常電費(fèi)3~10日元汽油車(chē)1L燃料行駛距離為24日元1L燃料行駛距離為12日元1L燃料行駛距離為8日元1L燃料行駛距離為6日元1.4驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的工作原理及性能比擬電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車(chē)最關(guān)鍵的子系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并通過(guò)傳動(dòng)裝置〔或直接〕將能量傳遞到車(chē)輪進(jìn)而驅(qū)動(dòng)車(chē)輛按照駕駛員意志行駛的重任。電動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的心臟。電動(dòng)機(jī)的選擇是否適宜決定著驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能的好壞，電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)的根底是電動(dòng)機(jī)的選擇。根據(jù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求，可以把驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)分為：直流有刷電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。在最早的時(shí)候，電動(dòng)汽車(chē)選擇的電動(dòng)機(jī)一般都采用直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼧?gòu)造簡(jiǎn)單，本錢(qián)低，但隨著人類科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，比直流電動(dòng)機(jī)更優(yōu)越的電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)，如就交流電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等，很有可能代替直流電動(dòng)機(jī)。直流有刷電動(dòng)機(jī)早期電動(dòng)汽車(chē)有蓄電池供電，采用的是直流有刷電動(dòng)機(jī)，其主要優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，具有優(yōu)良的控制特性，即使到現(xiàn)在仍有一些電動(dòng)汽車(chē)使用直流電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。雖然直流有刷電動(dòng)機(jī)有著上面所述的優(yōu)點(diǎn)，但是由于其電刷及換向器，對(duì)電機(jī)的速度和負(fù)載能力有一定的影響，特別是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，直流電動(dòng)機(jī)的電刷和換向器不得不進(jìn)展維護(hù)，特別由于轉(zhuǎn)子的損耗，是直流電機(jī)很難散熱，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的提高有一定的影響，并且電機(jī)的維護(hù)麻煩，轉(zhuǎn)換效率低，由于直流電機(jī)的電刷和換向器容易產(chǎn)生火花，會(huì)生成電磁干擾，限制電機(jī)的轉(zhuǎn)速及電壓，因?yàn)樯鲜鲋绷饔兴㈦妱?dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，最新研制的電動(dòng)汽車(chē)已很少使用直流有刷電動(dòng)機(jī)了。永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)〔PermanetMagnetSynchronousMotor，簡(jiǎn)稱PMSM〕與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，可以明顯的提高功率因素，并減少了定子電流和定子電阻損耗，而且在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)沒(méi)有過(guò)多的因運(yùn)行時(shí)電阻損耗，進(jìn)而降低了由于電流產(chǎn)生的損耗，降低了溫度的產(chǎn)生，可以降低風(fēng)扇的安裝或徹底去掉風(fēng)扇，從而提高了永磁同步電機(jī)的效率。永磁同步電動(dòng)機(jī)要保持比擬高運(yùn)行效率及輸出功率因素，只需要15%~120%較大圍就可以了，如果在負(fù)載很小的情況下，運(yùn)行的效率就會(huì)更好，一樣[5]。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是一種高性能的電動(dòng)機(jī)。它的最大特點(diǎn)就是具有直流電動(dòng)機(jī)的外特性而沒(méi)有換向器和電刷組成的機(jī)械接觸構(gòu)造。另外，它采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒(méi)有勵(lì)磁損耗；發(fā)熱的電樞繞組又裝在外面的定子上，散熱容易，因此，永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)沒(méi)有換向火花，沒(méi)有無(wú)線電干擾，壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠，維修簡(jiǎn)便。此外，它的轉(zhuǎn)速不受機(jī)械換向的限制，如果采用空氣軸承或磁懸浮軸承，可在每分鐘以高達(dá)幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度運(yùn)行。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)相比具有更高的能量密度和更高的效率，在電動(dòng)汽車(chē)中有著很好的應(yīng)用前景。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)受到永磁材料工藝的影響和限制，使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的功率圍較小。永磁材料在受到振動(dòng)，高溫和過(guò)載電流作用時(shí)，其導(dǎo)磁性能可能會(huì)下降或發(fā)生退磁想象，將降低永磁電動(dòng)機(jī)的性能，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞電動(dòng)機(jī)，在使用中必須嚴(yán)格控制，使其不發(fā)生過(guò)載。永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在恒功率模式下，操縱復(fù)雜，需要一套開(kāi)展的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造價(jià)很高。開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)機(jī)，具有很多明顯的特點(diǎn)：它的構(gòu)造比其他任何一種電動(dòng)機(jī)都簡(jiǎn)單，在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有滑環(huán)，繞組和永磁體等，只是在定子上有簡(jiǎn)單的集中繞組，繞組的端部很短，沒(méi)有相間跨線，維護(hù)修理容易，因而可靠性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)15000r/min，效率可達(dá)85%~93%開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體，可允許較高溫升。調(diào)速圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-速度特性，而且在很廣的圍保持高效率，因而，更加適合電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性能要求。但是，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)比其他電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)復(fù)雜一些，位置檢測(cè)器是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制操作有重要影響。由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為雙凸極構(gòu)造，不可防止地存在轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，噪聲是開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)最主要的缺點(diǎn)。但近年來(lái)的研究說(shuō)明，采用合理地設(shè)計(jì)，制造和控制技術(shù)，開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的噪聲完全可以得到良好的抑制。另外，由于開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，功率變換器的直流電流波動(dòng)也較大，所以在直線母線上需要裝置一個(gè)很大的濾波電容器。近年來(lái)，開(kāi)關(guān)詞組電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)汽車(chē)上得到一定的應(yīng)用。1.5永磁同步電動(dòng)機(jī)的多種控制策略永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速與電源頻率的嚴(yán)格同步，采用變壓變頻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。目前，永磁同步電動(dòng)機(jī)采用的控制策略主要有恒壓頻比控制，矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制等。恒壓頻比控制恒壓頻比控制是一種開(kāi)環(huán)控制。根據(jù)系統(tǒng)的給定，利用空間矢量脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)化為期望的輸出電壓uOUT進(jìn)展控制，使電動(dòng)機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)所，由于開(kāi)環(huán)變壓變頻控制方式簡(jiǎn)單，至今仍普遍用于一般的調(diào)速系統(tǒng)中，但因其依據(jù)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)模型，無(wú)法獲得理想的動(dòng)態(tài)控制性能，因此必須依據(jù)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。永磁同步電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為非線性，多變量，它含有與id或iq的乘積項(xiàng)，因此要得到準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)控制性能，必須對(duì)與id或iq解耦。近年來(lái)，研究各種非線性控制器用于解決永磁同步電動(dòng)機(jī)的非線性特性。矢量控制高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)需要現(xiàn)代控制理論的支持，對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)，目前使用最廣泛的當(dāng)屬矢量控制方案。矢量控制的根本思想是在普通的三相交流電動(dòng)機(jī)上模擬直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律，磁場(chǎng)定向坐標(biāo)通過(guò)矢量變換，將三相交流電動(dòng)機(jī)的定子電流分解成勵(lì)磁電流分量和轉(zhuǎn)矩電流分量，并使這兩個(gè)分量相互垂直，彼此獨(dú)立，然后分別調(diào)節(jié)，以獲得像直流電動(dòng)機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)特性。因此矢量控制的關(guān)鍵在于對(duì)定子電流幅值和空間位置〔頻率/相位〕的控制。矢量控制的目的是改善轉(zhuǎn)矩控制性能，最終的實(shí)施是對(duì)id，iq的控制。由于定子側(cè)的物理量都是交流量，其空間矢量在空間以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，因此調(diào)節(jié)，控制和計(jì)算都不方便。需借助復(fù)雜的坐標(biāo)變換進(jìn)展矢量控制，而且對(duì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的依賴性很大，難以保證完全解耦，使控制效果大打折扣。直接轉(zhuǎn)矩控制矢量控制因其復(fù)雜的矢量旋轉(zhuǎn)變換，而且電動(dòng)機(jī)的機(jī)械常數(shù)，所以不能迅速的響應(yīng)矢量控制中的轉(zhuǎn)矩。針對(duì)矢量控制的這一缺點(diǎn)，德國(guó)學(xué)者Depenbrock于20世紀(jì)80年代提出了一種具有快速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性的控制方案，即直接轉(zhuǎn)矩控制〔DTC〕。該控制方案摒棄了矢量控制中解耦的控制思想及電流反響環(huán)節(jié)，采取定子磁鏈定向的方法，利用離散的兩點(diǎn)式控制直接對(duì)電動(dòng)機(jī)的定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)展調(diào)節(jié)，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。1.6本論文的的主要工作及安排主要研究工作本文從介紹電動(dòng)汽車(chē)不同電機(jī)開(kāi)場(chǎng)研究，分析了永磁同步電機(jī)的構(gòu)造，建立數(shù)學(xué)模型，研究了PMSMDTC的控制系統(tǒng)并仿真。進(jìn)一步研究了基于SVM的技術(shù)控制技術(shù)，分析其原理，從而比擬出更好的控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出了TMS320F論文安排第一章：緒論局部，簡(jiǎn)單介紹了電動(dòng)汽車(chē)的PMSM電機(jī)的背景及意義，并比擬分析多種電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造，原理及性能。第二章：提出了PMSM的DTC的研究，建立模型，并通過(guò)MATLAB仿真。第三章：通過(guò)研究傳統(tǒng)的DTC的缺點(diǎn)，提出基于SVM的SVPWM控制技術(shù)，并通過(guò)MATLAB仿真。第四章：提出了TMS320F2812DSP第五章：對(duì)本文工作的總結(jié)及展望2.電動(dòng)汽車(chē)PMSM系統(tǒng)研究本章選擇永磁同步電機(jī)PMSM作為研究的對(duì)象，通過(guò)分析其構(gòu)造和特點(diǎn)，并建立數(shù)學(xué)模型，選擇了直接轉(zhuǎn)矩控制DTC作為主要的研究控制方式，對(duì)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)展估算和滯環(huán)控制，進(jìn)展了MATLAB仿真。2.1永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)〔PermanentMagnetSynchronousMotor：PMSM〕具有高效率，第轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，高動(dòng)態(tài)性能和高能量密度等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大圍的調(diào)速和定位系統(tǒng)中，永磁同步電機(jī)雖然其轉(zhuǎn)子為永磁體，同時(shí)由于以功率開(kāi)關(guān)器件取代了直流電機(jī)中的電刷和換向器，因此維護(hù)和耐環(huán)境方面要優(yōu)于直流電機(jī)，只在逐漸取代過(guò)去需要使用直流電機(jī)的場(chǎng)合。永磁同步電動(dòng)機(jī)的開(kāi)展得益于電力電子技術(shù)的開(kāi)展，電力電子技術(shù)是弱點(diǎn)與強(qiáng)電之間的橋梁。20世紀(jì)80年代，由于釹鐵硼永磁材料的產(chǎn)生和開(kāi)展，促進(jìn)了永磁同步電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用。目前，永磁同步電動(dòng)機(jī)正向大功率化和微型化方向開(kāi)展。永磁同步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造和特點(diǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)中用永磁體替代普通同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁同步繞組，不需要轉(zhuǎn)子繞組，從而省略掉了勵(lì)磁線圈以及供給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流的外部電源，電刷以及安裝在轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)，也免去了對(duì)電刷的定期維護(hù)[6-8]。同傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)一致，永磁同步電動(dòng)機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩大局部組成。定子與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)根本一樣，主要由沖有槽孔的硅鋼片，三相繞組，機(jī)殼及端蓋等局部組成。轉(zhuǎn)子用永磁材料制成無(wú)明顯磁極的隱極式，采用適當(dāng)?shù)膸缀螛?gòu)造，使磁勢(shì)波形的空間分布接近正弦波。與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)類似，多相繞組在空間上均勻地分布，在其繞組入對(duì)稱交流電時(shí)，將在氣隙中產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速與定子產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)一樣方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，定，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)之間無(wú)相對(duì)速度，在空間上互差*電角度〔稱為功率角〕。這兩個(gè)相對(duì)靜止的氣隙磁場(chǎng)相互作用，將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)改變定子電流時(shí)，定子氣隙磁場(chǎng)將發(fā)生變化，而會(huì)改變電磁轉(zhuǎn)矩，到達(dá)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，帶不同負(fù)載的目的。因此，在永磁同步電動(dòng)機(jī)中進(jìn)展機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的為定子電樞。同時(shí)，永磁同步電動(dòng)機(jī)由于主磁極在轉(zhuǎn)子上，所以屬于旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動(dòng)機(jī)。通過(guò)分析可知，永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子只能以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，否則定，轉(zhuǎn)子分別產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)之間將會(huì)有相對(duì)速度，無(wú)法進(jìn)展機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。按照永磁體在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的安裝位置，永磁同步電動(dòng)機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子構(gòu)造可以分為三類：面貼式，插入式和嵌式。如以下圖。永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的構(gòu)造和的安裝方法對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能影響很大，因此，面貼式，插入式和嵌式的永磁同步電動(dòng)機(jī)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。圖2.1PMSM轉(zhuǎn)子構(gòu)造分類面貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造方便，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用[9]。另外，這種類型的電動(dòng)機(jī)易于優(yōu)化設(shè)計(jì)，可將氣隙磁鏈設(shè)計(jì)成近似正弦分布，從而減少磁場(chǎng)諧涉及其負(fù)面效應(yīng)，提高了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能。插入式永磁同步電動(dòng)機(jī)，可以充分利用轉(zhuǎn)子磁路構(gòu)造不對(duì)稱所產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，提高點(diǎn)凍結(jié)的功率密度，使得電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能較面貼式有所改善，制造也較方便，缺點(diǎn)是漏磁系數(shù)和制造本錢(qián)較面貼式都大。嵌式永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁體位于轉(zhuǎn)子部，因?yàn)橛来朋w嵌入轉(zhuǎn)子中，永磁體去磁的危險(xiǎn)性小，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子漏磁系數(shù)最大。雖然不同的永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)造差異很大，但由于永磁材料的使用，永磁同步電動(dòng)機(jī)具有如下共同特點(diǎn)[10]：(1)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，過(guò)載能力強(qiáng)。當(dāng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，僅使電動(dòng)機(jī)的功角適當(dāng)變化，而轉(zhuǎn)速維持在原來(lái)的同步轉(zhuǎn)速不變，轉(zhuǎn)動(dòng)局部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不會(huì)影響電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以到達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上，使得永磁同步電動(dòng)機(jī)非常適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運(yùn)行。(2)高功率因素，高效率。永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，所以能夠得到比異步電動(dòng)機(jī)高很多的功率因素，進(jìn)而得到相對(duì)更小的定子電流和定子銅耗，并且永磁同步電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)沒(méi)有轉(zhuǎn)子銅耗，進(jìn)而可以因總損耗降低而減小風(fēng)扇容量甚至去掉風(fēng)扇，從而減小相應(yīng)的風(fēng)摩損耗，使它的效率比同規(guī)格的異步電動(dòng)機(jī)提高2~8個(gè)百分點(diǎn)。(3)體積小，重量輕。近些年來(lái)隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率密度得到了很大提高，與同容量的異步電動(dòng)機(jī)相比，體積和重量都有較大的減少，使其適合應(yīng)用在很多特殊場(chǎng)合。(4)構(gòu)造多樣化，應(yīng)用圍廣，永磁同步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子構(gòu)造的多樣化，產(chǎn)生了特點(diǎn)和性能各異的許多品種。從工業(yè)到農(nóng)業(yè)，從民用到國(guó)防，從日常生活到航天航空，從簡(jiǎn)單的電開(kāi)工具到高科技產(chǎn)品，時(shí)機(jī)無(wú)所不在。(5)可靠性高。與直流電動(dòng)機(jī)和電勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)比，沒(méi)有電刷，構(gòu)造簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的可靠性自然得以提高。永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型在分析永磁同步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型時(shí)，為了使分析簡(jiǎn)化，做如下假設(shè)[11-12]：(1)電動(dòng)機(jī)的定子繞組Y連接，繞組電流為對(duì)稱的三相正弦波電流；(2)定子磁場(chǎng)呈正弦分布，不考慮諧波與飽和的影響；(3)忽略電動(dòng)機(jī)的渦流和磁滯損耗。在上述假設(shè)的根底上，建立永磁同步電動(dòng)機(jī)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型時(shí)，個(gè)坐標(biāo)系的相互關(guān)系，如以下圖圖2.2PMSM坐標(biāo)系的關(guān)系兩相靜止坐標(biāo)系中的α軸與三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC中的A軸重合；兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系以轉(zhuǎn)子角速度ωr在旋轉(zhuǎn)，d軸指向轉(zhuǎn)子磁鏈Ψf的方向；*y坐標(biāo)系以定子磁鏈角速度ωe旋轉(zhuǎn)，*軸指向定子磁鏈Ψs的方向。d軸與A軸的夾角為θr，δ為電動(dòng)機(jī)定，轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶喀穝與Ψf之間的夾角，即電動(dòng)機(jī)的功角。(1)電動(dòng)機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型在定子三相靜止坐標(biāo)系A(chǔ)BC中，忽略定子繞組，其電壓和磁鏈?zhǔn)噶靠梢苑謩e表示為式〔2.1〕和式〔2.2〕。〔2.1〕式中，p為微分算法〔p=d/dt〕，ua，ub，uc分別為A,B,C三相定子電壓，ia，ib，ic分別為A，B，C三相定子電流，由于定子三相繞組完全對(duì)稱，則定子三相繞組的電阻Ra=Rb=Rc=Rs，Ψa，Ψb，Ψc為A，B，C各相繞組的磁鏈?！?.2〕式中，θr=ωrt，ωr為轉(zhuǎn)子角速度，Ψra〔θr〕,Ψrb〔θr〕，Ψrc〔θr〕分別表示轉(zhuǎn)子磁鏈在A，B，C三相繞組中產(chǎn)生的交鏈。定子三相繞組的自感La=Lb=Lc=Ls,定子三相繞組互感Mab=Mac=Mbc=Mba=Mca=Mcb=Ms.轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的主磁通與A，B，C相定子繞組交鏈磁鏈和轉(zhuǎn)子磁極的位置有關(guān)。轉(zhuǎn)子磁鏈在氣隙中的分布呈正弦形，用θr表示以A相定子繞組為基準(zhǔn)往電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向取得轉(zhuǎn)子磁極的角度，則轉(zhuǎn)子磁鏈在各相繞組中的交鏈可以表示為〔2.3〕由于通入三相繞組中的電流是對(duì)稱的，因此存在ia+ib+ic=0.把此條件代入〔式2.1〕可得〔2.4〕式中，L=Ls-Ms，Ls是三相繞組的自感，Ms是三相繞組互感。(2)電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的模型建立dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，目的是為了得到定子電壓，電流均為直流的永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程式，對(duì)分析永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性都十分方便。電壓回路方程可以表示為〔2.5〕假設(shè)電動(dòng)機(jī)時(shí)線性的，參數(shù)不隨溫度等變化，忽略磁滯，渦流耗損，轉(zhuǎn)子無(wú)阻尼繞組，則，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，定子磁鏈方程可以表示為〔2.6〕轉(zhuǎn)矩方程Te=np(ψdiq-ψqid)〔2.7〕電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為〔2.8〕(3)電動(dòng)機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的模型為了簡(jiǎn)便，直接根據(jù)坐標(biāo)變換理論，把永磁同步電動(dòng)機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系dq下的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換到兩相靜止αβ坐標(biāo)系下，得到如下電壓方程式：〔2.9〕同樣可得到電動(dòng)機(jī)在αβ坐標(biāo)系下的磁鏈方程為〔2.10〕在兩相靜止坐標(biāo)系αβ下，根據(jù)定子回路的電壓平衡方程式，Ψα，Ψβ可對(duì)電壓求積分得到〔2.11〕〔2.12〕電磁轉(zhuǎn)矩為：〔2.13〕(4)電動(dòng)機(jī)在磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型*y磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系也屬于解耦的dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，變換原理和形式與dq坐標(biāo)系相似，*軸與d軸之間的夾角δ。*y坐標(biāo)系與dq坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)變公式如式所示〔2.14〕式中的變換矩陣也適用于電壓，磁鏈?zhǔn)噶俊?y坐標(biāo)系下的磁鏈計(jì)算式為〔2.15〕由于Ψy=0，所以由式可得〔2.16〕因?yàn)棣?*=Ψy，所以根據(jù)式可得：〔2.17〕將電流id，iq由坐標(biāo)變換到電流i*，iy，代入式6.7.可得在*y坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式：〔2.18〕對(duì)于隱極式永磁同步電動(dòng)機(jī)來(lái)講，由于Ld=Lq=Ls，所以轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式又可寫(xiě)成〔2.19〕在上式中ωsr為定子磁鏈相對(duì)于轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)角速度，δ0為轉(zhuǎn)矩角變化前一時(shí)刻的初值。由上式可知，當(dāng)定子磁鏈保持幅值恒定，轉(zhuǎn)矩角從-90°變化到90°時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)矩角增大而增大，且轉(zhuǎn)矩角為90°時(shí)，轉(zhuǎn)矩到達(dá)最大。2.2直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)現(xiàn)從上式可以得到，當(dāng)定子磁鏈大小保持不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁鏈轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)矩角的變化而變化的。因此可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩角δ來(lái)對(duì)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)展控制。δ角雖然不能直接調(diào)節(jié)。這是因?yàn)槎ㄗ与姶艜r(shí)間常數(shù)比轉(zhuǎn)子的機(jī)械時(shí)間常數(shù)小，所以當(dāng)迅速改變定子磁鏈旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化滯后于定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而到達(dá)改變?chǔ)慕堑哪康?。要使定子磁鏈迅速改變方向，可根?jù)需要選擇根本電壓矢量中的一個(gè)施加給逆變器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)δ角的控制。綜上所述，永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制的理論根底為：通過(guò)控制定子磁鏈幅值保持恒定，改變定子磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度和方向來(lái)瞬時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)矩角δ，就能夠?qū)崿F(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)控制，這也是直接轉(zhuǎn)矩控制的根本思想。永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的構(gòu)造框圖如以下圖?？刂葡到y(tǒng)將電動(dòng)機(jī)給定轉(zhuǎn)速和實(shí)際轉(zhuǎn)速的誤差PI調(diào)節(jié)器輸出給定轉(zhuǎn)矩信號(hào)，磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的估算值電壓和逆變器的開(kāi)關(guān)信號(hào)以及逆變器電流，在根據(jù)電動(dòng)機(jī)在αβ坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型計(jì)算而得；根據(jù)計(jì)算出的磁鏈分量，可以判斷出定子磁鏈所在的區(qū)段。把定子磁鏈的給定值和估算值進(jìn)展比擬，并經(jīng)過(guò)滯環(huán)比擬器后，信號(hào)輸入電壓矢量查詢表，再把定子磁鏈?zhǔn)噶克诘膮^(qū)段號(hào)輸入電壓矢量查詢表。通過(guò)事先設(shè)定好的電壓矢量查詢表，確定出適當(dāng)?shù)拈_(kāi)關(guān)狀態(tài)，控制逆變器進(jìn)而驅(qū)動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)[12]。圖2.3永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制框圖定子磁鏈的估算和滯環(huán)控制關(guān)于定子磁鏈幅值的估算方法和電壓矢量對(duì)定子磁鏈的作用，介紹定子磁鏈的位置角估算方法和磁鏈滯環(huán)控制。(1)定子磁鏈位置角的檢測(cè)根據(jù)電壓模型法計(jì)算求得的Ψs的幅值，求出兩相坐標(biāo)系中αβ的分量，，則Ψs的位置角可以按照下式求得：〔2.20〕根據(jù)γ的值，可以判斷*一時(shí)刻定子磁鏈?zhǔn)噶克诘膮^(qū)域θn〔n=1,2,3,4,5,6,〕。(2)定子磁鏈的滯環(huán)控制如圖中總共有3個(gè)圓，圖中的虛線圓表示Ψs給定值|Ψs*|；兩個(gè)實(shí)線圓之間的折線表示定子磁鏈幅值的實(shí)際值，用|Ψs|表示，兩個(gè)實(shí)線圓的半徑差2Δ|Ψs|，即允許的誤差圍。在運(yùn)行中，要求定子磁鏈|Ψs|能滿足如下關(guān)系：|Ψs*|-Δ|Ψs|≤|Ψs|≤|Ψs*|+Δ|Ψs|〔2.21〕圖2.4電壓空間矢量對(duì)定子磁鏈的滯環(huán)控制按照要求，選取欠當(dāng)?shù)母倦妷菏噶?，控制定子磁鏈幅值在一定的容差圍波?dòng)。這樣，在容差圍定子磁鏈幅值形成的軌跡就是磁鏈圓軌跡[13-14]。|Ψs|的滯環(huán)控制過(guò)程中，對(duì)|Ψs*|與|Ψs|進(jìn)展比擬作差。當(dāng)|Ψs|-|Ψs*|≥Δ|Ψs|，即實(shí)際值比給定值大，此時(shí)滯環(huán)控制器輸出ψ=0，表示要求減小定子磁鏈的幅值；當(dāng)|Ψs*|-|Ψs|≥Δ|Ψs|，即實(shí)際值比給定值小，此時(shí)滯環(huán)控制輸出ψ=1，表示要求增大定子磁鏈的幅值。電磁轉(zhuǎn)矩的估算與滯環(huán)控制在永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的控制，首先要知道電磁轉(zhuǎn)矩的反響值，以目前的技術(shù)水平，直接測(cè)量電磁轉(zhuǎn)矩是比擬困難的，為此需要采用間接法求取電磁轉(zhuǎn)矩。可以采用公式計(jì)算法求得電磁轉(zhuǎn)矩的反響值，即估算值，然后把電磁轉(zhuǎn)矩的估算值與給定值送入滯環(huán)比擬器進(jìn)展滯環(huán)比擬，控制電磁轉(zhuǎn)矩在允許的誤差圍波動(dòng)。(1)電磁轉(zhuǎn)矩的觀測(cè)模型按照上式〔2.7〕在控制系統(tǒng)中，電磁轉(zhuǎn)矩幅值的計(jì)算模型如圖圖2.5電磁轉(zhuǎn)矩觀測(cè)模型(2)電磁轉(zhuǎn)矩的滯環(huán)控制采用滯環(huán)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)。此方法要把電磁轉(zhuǎn)矩給定值Te*與估算值Te進(jìn)展比擬作差。系統(tǒng)中電磁轉(zhuǎn)換滯環(huán)控制器的滯環(huán)寬度設(shè)定為2Δ|Te|，即誤差允許的圍。當(dāng)Te-Te*≥Δ|Te|時(shí)，滯環(huán)控制器的輸出為τ=-1，即估算值比給定值大，表示要求減小電磁轉(zhuǎn)矩；當(dāng)Te*-Te*≥Δ|Te|時(shí)，滯環(huán)控制器的輸出為τ=1，即估算值比給定值小，表示要求增大電磁轉(zhuǎn)矩；當(dāng)滯環(huán)控制器輸出τ=0時(shí)，表示電磁轉(zhuǎn)矩的估算值與給定值的偏差在系統(tǒng)允許圍，不需要對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)展增大或減小的控制。開(kāi)關(guān)表的研究在永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，當(dāng)定子磁鏈?zhǔn)噶刻幱诓煌膮^(qū)域時(shí)，可以根據(jù)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的誤差狀態(tài)來(lái)選擇不同的電壓空間矢量對(duì)逆變器進(jìn)展控制[15]。具體實(shí)現(xiàn)方法是：設(shè)定開(kāi)關(guān)表有三個(gè)輸入信號(hào)，定子磁鏈的偏差，電磁轉(zhuǎn)矩的偏差和定子磁鏈的區(qū)段號(hào)；設(shè)定開(kāi)關(guān)表的輸出信號(hào)為根本電壓空間矢量。當(dāng)開(kāi)關(guān)表接收到輸入信號(hào)時(shí)，綜合三個(gè)輸入信號(hào)值，選擇對(duì)應(yīng)的電壓空間矢量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的控制。通過(guò)查表就可以實(shí)時(shí)地控制定子磁鏈的增加和減小，電磁轉(zhuǎn)矩的增加和減小，確定定子磁鏈軌跡和電磁轉(zhuǎn)矩的動(dòng)態(tài)響應(yīng)按照期望的情況進(jìn)展[16]。下表給出了采用有效電壓空間矢量的逆變器開(kāi)關(guān)表表2.1采用有效電壓運(yùn)動(dòng)矢量的逆變器開(kāi)關(guān)表φτθ1θ2θ3θ4θ5θ611U2(110)U3(010)U4(011)U5(001)U6(101)U1(100)-1U6(101)U1(100)U2(110)U3(010)U4(011)U5(001)01U3(010)U4(011)U5(001)U6(101)U1(100)U2(110)-1U1(100)U2(110)U3(010)U4(011)U5(001)U6(101)不同區(qū)段電壓矢量的選擇根據(jù)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的偏差情況來(lái)綜合選取。采用下式來(lái)決定φ和τ取值，其中Δφ和Δτ分別為定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩給定值與估算值之間的偏差?！?.22〕〔2.23〕式中，φ(k-1)和τ(k-1)表示前一個(gè)控制周期轉(zhuǎn)矩和磁鏈的控制狀態(tài)。2.3直接轉(zhuǎn)矩控制MATLAB仿真DTC方法實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的雙閉環(huán)控制。在得到電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩值后，即可對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)展DTC。如圖121給出永磁同步電動(dòng)機(jī)的DTC方案構(gòu)造框圖。它由永磁同步電動(dòng)機(jī)，逆變器，轉(zhuǎn)矩估算，磁鏈估算及電壓矢量切換開(kāi)關(guān)表等環(huán)節(jié)組成，其中ud，uq，id，iq為靜止〔d-q〕坐標(biāo)系下電壓，電流分量。雖然對(duì)DTC的研究已取得了很大的進(jìn)展，但在理論和實(shí)踐上還不夠成熟，例如，低速性能，帶負(fù)載能力等，而且他對(duì)實(shí)時(shí)性要求高，計(jì)算量大。253圖121圖2.6永磁同步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制框圖根據(jù)上述關(guān)于PMSMDTC的理論分析，可以在的環(huán)境下搭建控制系統(tǒng)的仿真模型，如圖2.8所示。表2.2永磁同步電機(jī)的參數(shù)Table2.3 TheparametersofPMSM參數(shù)數(shù)值額定功率PN2000W極對(duì)數(shù)P2定子電阻Rs0.9585Ω電感L5.25mH額定轉(zhuǎn)速n2000r/min等效勵(lì)磁磁鏈Ψf0.1827Wb阻尼系數(shù)B0.3035轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0.006325kg?控制系統(tǒng)的仿真模型如圖2.8所示，主要有PI速度調(diào)節(jié)器模塊、滯環(huán)控制器模塊、Clarke模塊、定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩計(jì)算模塊等。本文針對(duì)上節(jié)提出的改良的新型磁鏈觀測(cè)器，給出了模塊的實(shí)現(xiàn)方法，如下圖。圖2.7PMSMDTC系統(tǒng)仿真模型對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展如下仿真研究，給定轉(zhuǎn)速和給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩為，系統(tǒng)在時(shí)開(kāi)場(chǎng)加速，加速到后速度到達(dá)穩(wěn)定后不再改變；轉(zhuǎn)矩在時(shí)跳變到，圖2.10中給出了定子磁鏈軌跡、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的仿真曲線及相定子電流波形系統(tǒng)穩(wěn)定后的曲線。通過(guò)觀察各個(gè)參數(shù)仿真出的曲線，實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證該方法的可行性。FOC電壓波形圖2.9DTC電壓波形Fig.2.10 Thetraditionaldirecttorquecontrolsimulationwaveforms仿真結(jié)果中可以看出系統(tǒng)從啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行的整個(gè)相關(guān)參數(shù)的變化過(guò)程。在理想狀態(tài)下，DTC系統(tǒng)響應(yīng)迅速，運(yùn)行較平穩(wěn)。當(dāng)轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速并未隨轉(zhuǎn)矩的變化而發(fā)生波動(dòng)。PMSM-DTC具有較好動(dòng)、靜態(tài)特性，但轉(zhuǎn)速仿真中實(shí)際轉(zhuǎn)矩同給定值相比存在超調(diào)，而且轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。FOC電流波形DTC電流波形FOC轉(zhuǎn)矩波形DTC轉(zhuǎn)矩波形FOC轉(zhuǎn)速波形DTC轉(zhuǎn)速波形3.SVPWM研究3.1引言交流永磁同步電機(jī)作為一種最常用的電動(dòng)機(jī)，廣泛的應(yīng)用在機(jī)器人，數(shù)控機(jī)床，醫(yī)療設(shè)備，輕工機(jī)械及石油化工設(shè)備中?？梢酝ㄟ^(guò)它實(shí)現(xiàn)設(shè)備的速度或位置的精細(xì)控制。通過(guò)上一章節(jié)的研究和仿真，雖然PMSMDTC構(gòu)造簡(jiǎn)單，磁鏈沿著軌跡運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速響應(yīng)快，但其輸出的磁鏈，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)都比擬大。3.2SVM技術(shù)用于永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制對(duì)于三相永磁同步電動(dòng)機(jī)的三閉環(huán)控制系統(tǒng)而言，目前廣泛使用磁通正弦SVPWM〔SpaceVectorPulseWidthModulation〕，該方法與電壓正弦PWM不同，它是從電動(dòng)機(jī)的角度出發(fā)，著眼于如何使電動(dòng)機(jī)獲得幅值恒定的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即正弦磁通。該控制策略把逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體來(lái)處理，所以模型簡(jiǎn)單，便于微處理器實(shí)時(shí)控制，并具有轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小，噪聲低，電壓利用率高的優(yōu)點(diǎn)，因此目前無(wú)論在開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)中均得到了廣泛應(yīng)用。多三相逆變器的SVPWM技術(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)的三相SVPWM的根底上，通過(guò)空間實(shí)時(shí)相移技術(shù)，使得每個(gè)獨(dú)立三相逆變器單元的SVPWM波形在空間實(shí)時(shí)相移到與電動(dòng)機(jī)繞組空間相對(duì)應(yīng)的角度。使得每組SVPWM波與相對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)繞組總是保持相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)。SVPWM二電逆變器空間電壓矢量二電平廣義逆變器空間電壓矢量PWM調(diào)制方式其本質(zhì)上對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)策略[17]是：在三相電壓源逆變器的拓?fù)錁?gòu)造中，開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù)僅僅是由上橋臂功率器件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)所確定的，下橋臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)與上橋臂是互補(bǔ)的。三相電壓的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是由8個(gè)根本開(kāi)關(guān)狀態(tài)所確定的，其中包括6個(gè)非零矢量和兩個(gè)零矢量。矢量合成SVPEM法是由三個(gè)向量來(lái)等效合成廣義逆變器控制所需的理想空間電壓向量Vout，即Vout的幅值和相位是由一個(gè)60°區(qū)間的兩個(gè)非零向量和一個(gè)零向量共同作用的合成。這種特殊的開(kāi)關(guān)策略引入了虛擬的3次諧波調(diào)制電壓，有效地提高了PWM波的線性調(diào)制區(qū)域。與傳統(tǒng)的正弦波電壓SPWM撥調(diào)制方式相比，SVPWM在輸出電壓和電流中產(chǎn)生的諧波畸變更小，并對(duì)直流母線電壓更高的利用率。其相電壓的基波有效值是傳統(tǒng)SPWM波的1.1547倍。在同樣功率輸出的情況下，可以有效縮小功率器件的尺寸或者提高系統(tǒng)的過(guò)載能力。由于矢量控制是基于直角坐標(biāo)系的解耦控制方式，因此與開(kāi)環(huán)控制所采用的基于幅值/相位的SVPWM方式有所不同，研究基于直角坐標(biāo)系的SVPWM產(chǎn)生策略在算法的實(shí)時(shí)性與執(zhí)行效率方面對(duì)于DSP系統(tǒng)就更為重要?；谥苯亲鴺?biāo)系SVPWM可以提高異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)中廣泛采用的矢量控制算法的效率，盡可能防止消耗較多資源的三角函數(shù)和反三角函數(shù)的運(yùn)算。最大限度的利用DSP所擅長(zhǎng)的乘，加法運(yùn)算能力。SVPWM技術(shù)研究采用三相橋式逆變器主電路的簡(jiǎn)化拓?fù)錁?gòu)造見(jiàn)圖，其中對(duì)于上，下橋臂中同一位置的開(kāi)關(guān)元件無(wú)論是IGBT，IPM等主開(kāi)關(guān)或者是續(xù)流二極管其導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù)是一樣的，因此等效為同一個(gè)理想開(kāi)關(guān)。圖3.1三相逆變器簡(jiǎn)圖根據(jù)SVPWM的拓?fù)涫疽鈭D，可以得出在直流環(huán)節(jié)電壓VDC確定的情況下，開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù)Sc種不同的組合方式及線電壓和相電壓的表達(dá)式，見(jiàn)表表3.1SVPWM開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù)表ScSBSAVANVBNVVABVBCVCA0000000000012VDC/3-VDC/3-VDC/3VDC0-VDC010-VDC/32VDC/3-VDC/3-VDCVDC0011VDC/3VDC/3-2VDC/30VDC-VDC100-VDC/3-VDC/32VDC/30-VDCVDC101VDC/3-2VDC/3VDC/3VDC-VDC0110-2VDC/3VDC/3VDC/3-VDC0VDC111000000當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組為星型接法時(shí)，VAN,VBN,V為逆變器三相電壓輸出電壓，6個(gè)開(kāi)關(guān)器件分別被格子的門(mén)極信號(hào)SA,SB,SC,A,B,C控制。根據(jù)開(kāi)關(guān)向量[SA,SB,SC]的0/1選取，電動(dòng)機(jī)的三相電壓可以表示為：〔3.1〕同時(shí)，可以確定逆變器功率器件的8種組合狀態(tài)，并得到不同狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)定子電壓的適量表達(dá)式：〔3.2〕在α-β直角坐標(biāo)系中，經(jīng)過(guò)克拉克變換可以得到三相電壓與直角坐標(biāo)系中正交電壓分量的轉(zhuǎn)換關(guān)系，Vsα，Vsβ電壓分量有如下公式表示：〔3.3〕將公式上2代入上1，可以得到開(kāi)關(guān)向量[SA,SB,Sc]與Vsα，Vsβ電壓分量的關(guān)系，見(jiàn)表下顯然，Vsα，Vsβ同樣包括8個(gè)根本空間電壓矢量，6個(gè)有效電壓矢量，2個(gè)零矢量。其中6個(gè)有效矢量的模長(zhǎng)為，其代表了在60°的整數(shù)倍方向上合成電壓矢量的作用效果。上1方程式可化簡(jiǎn)為〔3.4〕上表三相逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù)與α，β電壓分量的關(guān)系表3.2三相逆變器開(kāi)關(guān)表SCSBSCVSαVSβVectorSector00000O000012VDC/30U01010VDC/3VDC/U120211VDC/3VDC/U603100-VDC/3-VDC/U2404101VDC/3-VDC/U3005110-2VDC/30U180611100O1117從上表可得逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)電壓空間向量圖，將向量圖的空間區(qū)域分為6個(gè)象限，每個(gè)象限間隔60°，如下圖圖3.2逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)根本空間電壓向量圖合成電壓空間向量的表達(dá)式為：〔3.5〕空間矢量PWM技術(shù)的核心是離散控制8個(gè)根本空間電壓向量的導(dǎo)通時(shí)間，使8個(gè)電壓向量的合成作用，在整個(gè)360°空間區(qū)域來(lái)逼近原本由，產(chǎn)生的空間合成電壓向量Uout。在以下圖中。圖3.3空間合成電壓向量圖0~60°區(qū)域逆變器空間矢量PWM技術(shù)電壓向量圖在圖中代表了由U0，U60合成作用時(shí)的α軸合成分量，代表了由U0，U60合成作用時(shí)的β軸合成分量?！?.6〕SVPWM空間電壓矢量脈寬調(diào)制的目標(biāo)就是盡可能地模擬定子電壓向量在空間的變化趨勢(shì)。雖然電壓向量不能通過(guò)，直接獲得，但利用功率開(kāi)關(guān)狀態(tài)函數(shù)的8種根本組合卻能夠方便的實(shí)現(xiàn)定子電壓向量的模擬。假定在*一時(shí)刻合成電壓向量處于0-60°區(qū)域，則此時(shí)UOUT向量是由U0，U60，O000，O111四個(gè)根本電壓空間矢量所合成，由上圖可以得出在第一個(gè)60°的區(qū)域有關(guān)矢量的幾何關(guān)系如下；〔3.7〕式中，T1，T2為周期T相鄰開(kāi)關(guān)狀態(tài)的累計(jì)導(dǎo)通時(shí)間；T為離散采樣周期；T0為周期T零狀態(tài)累計(jì)導(dǎo)通時(shí)間。對(duì)上公式進(jìn)展分解可得：〔3.8〕電壓幅值研究方程式上2中采用的是實(shí)際值，為了規(guī)計(jì)算過(guò)程，需要采用標(biāo)幺值，對(duì)計(jì)算進(jìn)展歸一化處理。由表上1可以得知，U0，U60向量模的長(zhǎng)度為2VDC/3.如果令〔3.9〕是相電壓的峰值，由上3公式可以得出以幅值/角度形式表示的T1，T2，T0表達(dá)式：〔3.10〕設(shè)定零矢量O000的作用時(shí)間為；，可以得到零矢量的兩個(gè)分量的作用時(shí)間是可以按照比例因子進(jìn)展調(diào)整，從而得出不同類型的空間矢量SVPWM的方案。可以得出：隨著合成電壓矢量的長(zhǎng)度的增加，T1，T2也逐漸增加，T0逐漸減小。但是要滿足在線性區(qū)的要求，必須，即〔3.11〕要使在任何θ數(shù)值下式上總成立，則.取最大相電壓作為電壓的基值，則標(biāo)幺化后的。由于需要盡可能的防止占用資源較多的三級(jí)哦啊函數(shù)運(yùn)算，方程式可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵滦问剑骸?.12〕可以采用時(shí)間的標(biāo)幺值來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算，由以下公式定義t1，t2：〔3.13〕類似地可以得到，當(dāng)UOUT處于60°~120°區(qū)域時(shí)，則：〔3.14〕假定根據(jù)以下方程式定義3個(gè)變量*,Y,Z：〔3.15〕電壓矢量的分區(qū)顯然，當(dāng)UOUT處于0°~60°區(qū)域時(shí)，t1=-Z，t2=*;當(dāng)UOUT處于60°~120°區(qū)域時(shí)，t1=Z，t2＝Ｙ。通過(guò)類似的方法可以得到整個(gè)360°區(qū)域以變量*，Y，Z作為自變量的t1，t2表達(dá)式。這種方法可以利用計(jì)算效率很高的一維查表算法，盡可能防止耗用資源較多三角函數(shù)運(yùn)算和矩陣運(yùn)算。下表列出了整個(gè)360°區(qū)域t1，t2的計(jì)算與分區(qū)結(jié)果。其中快速確實(shí)定分區(qū)是SVPWM算法的關(guān)鍵步驟之一。因此，有必要建立一組輔助函數(shù)來(lái)確定分區(qū)。表3.3t1，t2計(jì)算與分區(qū)表SectorU0~U60U60~U120U120~U180U180~U240U240~U300U300~U360Number132645t1-ZZ*-*-YYt2*Y-YZ-Z-*表以變量*，Y，Z為自變量所確定的t1，t2分區(qū)定義分區(qū)函數(shù)建立的規(guī)則是當(dāng)空間電壓合成向量UOUT每轉(zhuǎn)過(guò)60°區(qū)域，分區(qū)函數(shù)的輸出值改變一次，改變的值與所處區(qū)間的序列數(shù)為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，同時(shí)數(shù)值改變的邊界應(yīng)當(dāng)是6個(gè)非零有效根本空間矢量的方向。根據(jù)以上規(guī)則可以建立出分區(qū)輔助函數(shù)如下：〔3.16〕SVPWM算法的實(shí)現(xiàn)步驟：(1)確定UOUT所在的分區(qū)數(shù)Sector_Number;(2)計(jì)算*,Y,Z;(3)計(jì)算時(shí)間的標(biāo)幺值t1,t2。情況下，t1+t21，如果t1+t2>1時(shí)，需進(jìn)展?fàn)顟B(tài)飽和補(bǔ)償，用補(bǔ)償計(jì)算值作為新的狀態(tài)時(shí)間；〔3.17〕〔3.18〕(4)確定循環(huán)周期值taon，tbon，tcon；(5)將循環(huán)周期值taon，tbon，tcon賦值給Ta，Tb，Tc。循環(huán)周期值taon，tbon，tcon變量由以下公式確定：〔3.19〕根據(jù)分區(qū)數(shù)Sector_Number把正確的循環(huán)周期值t*on賦值給正確的逆變器的相變量，即Ta，Tb，，Tc，下表列出了賦值基規(guī)律表3.4Ta，Tb，，Tc賦值基規(guī)律表SectorU0~U60U60~U120U120~U180U180~U240U240~U300U300~U360Number132645TataontbontcontcontbontaonTbtbontaontaontbontcontconTctcontcontbontaontaontbon公式上給出的是對(duì)稱模式SVPWM調(diào)制，也稱之為七段式SVPWM波，其相對(duì)與非對(duì)稱PWM信號(hào)的優(yōu)勢(shì)在于它在每一個(gè)周期的開(kāi)場(chǎng)和結(jié)尾處有兩個(gè)零矢量區(qū)段。在交流同步電動(dòng)機(jī)中，對(duì)稱PWM調(diào)制信號(hào)比非對(duì)稱PWM信號(hào)引起的諧波畸變小。3.3SVPWM的MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)用波形采用TI公司的TMS320F2812DSP表3.5永磁同步電機(jī)的參數(shù)表參數(shù)數(shù)值極對(duì)數(shù)3定子電阻0.65Ω永磁體磁鏈0.1842Wbd軸電感0.0029Hq軸電感0.0029H額定電壓240V額定電流7.3額定轉(zhuǎn)速4000rpm以下圖為傳統(tǒng)DTC和SVPWM控制方式的磁鏈與轉(zhuǎn)矩波形仿真SVPWM電壓圖SVPWM電流波形圖SVPWM轉(zhuǎn)速圖SVPWM轉(zhuǎn)矩圖SVPWMFlu*圖4.TMS320F2812DSP控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)TMS320F2812DSP開(kāi)發(fā)平臺(tái)是一個(gè)獨(dú)立的嵌入式應(yīng)用板卡，其集成了豐富的資源，能滿足大多數(shù)應(yīng)用需要。硬件局部比擬完善包含保護(hù)電路，檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路等等，軟件局部包含DSP初始化，讀取等。4.1控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)DSP基于微處理器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)根本構(gòu)造，該構(gòu)造適用于PC等類型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和絕大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)，其中CPU是從程序存儲(chǔ)器讀取指令并逐條執(zhí)行的時(shí)序邏輯控制器，順序時(shí)鐘控制CPU的執(zhí)行時(shí)序。需求分析需求分析體系構(gòu)造設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成調(diào)試系統(tǒng)綜合測(cè)試圖4.1數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程4.2硬件電路設(shè)計(jì)DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)電源接口F2812采用3.3V和1.8V雙電源供電[18]。本系統(tǒng)采用數(shù)字模擬地別離設(shè)計(jì)。電壓轉(zhuǎn)換電路將輸入5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V和1.8V。電路如下圖。電壓轉(zhuǎn)換芯片采用TI的TPS767D318，該電源專門(mén)為雙通道電壓處理器設(shè)計(jì)，每個(gè)通道可以提供最大1A的電流。此外，TPS767D318還具有欠壓復(fù)位功能，在系統(tǒng)上電過(guò)程或電壓波動(dòng)而低于閾值〔輸出電壓的5%〕，產(chǎn)生200ms圖4.2DSP雙電源電路(2)復(fù)位電路通常情況下復(fù)位電路包括上電復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位，電源監(jiān)測(cè)復(fù)位以及看門(mén)狗復(fù)位等，無(wú)論哪種復(fù)位，其根本功能是為了保障系統(tǒng)能夠正常的啟動(dòng)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，手動(dòng)和上電復(fù)位主要考慮能夠手動(dòng)去抖，上電復(fù)位時(shí)間保證等方面。而電源監(jiān)測(cè)則主要是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電源進(jìn)展監(jiān)測(cè)，一旦出現(xiàn)超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)閾值則使處理器復(fù)位，重新運(yùn)行防止系統(tǒng)跑飛而不能正常工作?？撮T(mén)狗是系統(tǒng)主要是完成系統(tǒng)軟件程序監(jiān)測(cè)，采用固定時(shí)間出發(fā)看門(mén)狗定時(shí)器方式，是看門(mén)狗一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，一旦系統(tǒng)軟件異常而在看門(mén)狗計(jì)數(shù)周期沒(méi)有對(duì)其清零操作，則認(rèn)為系統(tǒng)軟件故障而產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)使CPU復(fù)位。如圖給出了上電和手動(dòng)復(fù)位的電路圖。圖4.3上電和手動(dòng)復(fù)位電路(3)TMS320F2812存儲(chǔ)器接口EVM包含零等待周期的兩片64kB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，芯片型號(hào)為ISLV6416.提供總共128kB的外部存儲(chǔ)器。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，部的存儲(chǔ)器往往要優(yōu)先使用，這樣可以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。此外，外部存儲(chǔ)器的速度要等待周期的影響。F2812能夠部產(chǎn)生外部接口〔*INTF〕的等待周期。片外等待周期由片等待產(chǎn)生存放器確定。為了能夠獲得零等待的存儲(chǔ)器接口，系統(tǒng)必須正確的配置等待存放器。也可以通過(guò)外部ready信號(hào)來(lái)產(chǎn)生等待周期。2812的存儲(chǔ)器采用統(tǒng)一編址方式，存儲(chǔ)器由兩種配置方式，其模式通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)S1的第2位來(lái)選擇。如果此位撥在ON位置，DSP工作在計(jì)算機(jī)模式并且啟動(dòng)部BOOT模式，此時(shí)可以選擇從部的Flash運(yùn)行程序，如果此位撥于OFF位置，則部Flash被屏蔽并且*INTFZONE7空間被使能。圖4.4外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展(4)晶振選擇TMS320F2812EVM由外部提供30MHz的晶振，CPU承受CLKIN(CPUCLK)，通過(guò)適當(dāng)?shù)呐渲脮r(shí)鐘控制存放器來(lái)選擇系統(tǒng)時(shí)鐘的工作頻率。但由于處理器最高采用40MHz，因此鎖相環(huán)的系數(shù)配置要求不能超出處理器的主頻。如圖。圖4.5外部有源時(shí)鐘電路(5)JTAG接口TMS320F28812評(píng)估模塊支持14pinJTAG的接口，引腳分配如圖圖4.6JTAG總線接口智能功率模塊的自保護(hù)特性IPM建了一套復(fù)雜的自保護(hù)電路，它可以防止功率器件因系統(tǒng)功能失調(diào)或負(fù)載過(guò)重而損壞。因此，可以允許用戶最大限度地利用功率器件的能力而不失可靠性。自保護(hù)電路可以提供欠壓保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)，過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)。下面以原三菱公司的IPM為例，介紹IPM的自保護(hù)特性。(1)欠壓保護(hù)IPM部控制電路使用隔離的直流15V電源，這個(gè)電源很重要，所以必須對(duì)其進(jìn)展監(jiān)控。當(dāng)欠壓時(shí)間小于tduv時(shí)，欠壓保護(hù)電路并不動(dòng)作，電路仍然正常工作。當(dāng)這個(gè)電源電壓降到欠壓門(mén)限〔UVt〕以下時(shí)，欠壓保護(hù)電路動(dòng)作，IPM會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，并輸出故障信號(hào)；在欠壓保護(hù)時(shí)，電壓必須超過(guò)恢復(fù)門(mén)限〔UVt〕，這時(shí)，保護(hù)電路才解除保護(hù)，系統(tǒng)恢復(fù)正常操作。欠壓保護(hù)電路也在系統(tǒng)上電和斷電時(shí)工作，因此，系統(tǒng)控制器應(yīng)該考慮延時(shí)tFo。如圖〔41〕(2)過(guò)熱保護(hù)IPM部有一個(gè)溫度傳感器，安裝在靠近IGBT芯片的絕緣底板上。如果底板的溫度超過(guò)溫度極限〔OT〕，過(guò)熱保護(hù)電路將切斷IPM的門(mén)驅(qū)動(dòng)，以保護(hù)IPM。對(duì)于2單元，6單元和7單元的IPM，下橋臂的IGBT將自動(dòng)關(guān)斷，上橋臂的IGBT不受影響，保護(hù)動(dòng)作一直持續(xù)到過(guò)熱完畢。在保護(hù)電路動(dòng)作期間，IPM向外輸出一個(gè)故障信號(hào)。只要過(guò)熱條件存在，故障信號(hào)就不會(huì)消失。當(dāng)溫度降到過(guò)熱恢復(fù)極限〔OTr〕以下時(shí)，IPM恢復(fù)正常工作。IPM過(guò)熱保護(hù)時(shí)序如下圖圖4.7過(guò)熱保護(hù)時(shí)序大多數(shù)應(yīng)用中，在過(guò)載和冷卻系統(tǒng)失效情況下，過(guò)熱保護(hù)功能為IPM提供了有效的保護(hù)，但是，它不能確保IGBT不會(huì)超過(guò)結(jié)溫。在特殊情況下，例如系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)功能失效或者使用超高開(kāi)關(guān)頻率，都有可能在底板溫度還沒(méi)有到達(dá)OT時(shí)，使IGBT的結(jié)溫超過(guò)Tj〔ma*〕。(3)過(guò)流保護(hù)IPM使用部的電流傳感器來(lái)連續(xù)地監(jiān)視IPM的電流。如果通過(guò)IPM的電流超過(guò)過(guò)流極限〔OC〕，并持續(xù)toff〔OC〕時(shí)間，IPM的部保護(hù)電路將切斷門(mén)電路來(lái)保護(hù)器件，并發(fā)出故障信號(hào)。Toff〔OC〕延時(shí)用于防止無(wú)害的窄過(guò)流脈沖頻繁地觸發(fā)過(guò)流保護(hù)。自動(dòng)關(guān)斷過(guò)程會(huì)產(chǎn)生盡可能低的di/dt，這會(huì)有助于防止關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生過(guò)度電壓尖峰，這就是軟關(guān)斷過(guò)程。多數(shù)IPM采用兩步關(guān)斷。在兩步關(guān)斷中，門(mén)電壓先被降低到一個(gè)中間值，它可以使通過(guò)器件的電流緩慢地降低；然后，大約5μs后，門(mén)電壓降到0，完成關(guān)斷。*些容量大的6單元或7單元IPM，在高電流下使用斜坡門(mén)電壓來(lái)獲得較低的關(guān)斷di/dt。(4)短路保護(hù)如果負(fù)載發(fā)生短路或因系統(tǒng)控制器失效而引起上下橋臂，則IPM部的短路保護(hù)電路動(dòng)作，以防止IGBT損壞。當(dāng)通過(guò)IGBT的電流超過(guò)短路極限〔SC〕時(shí)，保護(hù)電路立即關(guān)斷，同時(shí)輸出故障信號(hào)。可以采用與過(guò)流保護(hù)一樣的技術(shù)來(lái)減小過(guò)渡電壓尖峰。為了減少短路檢測(cè)和短路關(guān)斷的響應(yīng)時(shí)間，采用了一個(gè)實(shí)時(shí)電流控制電路〔RTC〕，這個(gè)電路使響應(yīng)時(shí)間小于100ns。采取外部措施來(lái)防止頻繁地重復(fù)觸發(fā)過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)。在緊急關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的浪涌電壓，因此在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，要考慮設(shè)計(jì)緩沖電路和低電感的總線。(5)故障信號(hào)的使用為了使接口電路簡(jiǎn)單，IPM的設(shè)計(jì)可使得不管什么類型的故障發(fā)生，都通過(guò)一個(gè)故障引腳輸出故障信號(hào)，而且可以通過(guò)測(cè)量故障信號(hào)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)識(shí)別是什么故障。檢測(cè)設(shè)計(jì)電路在基于矢量控制的控制系統(tǒng)中，需要檢測(cè)一些反響量。電動(dòng)機(jī)電流的檢測(cè)是為了實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)控制和主電路的過(guò)流保護(hù)；直流母線電壓的檢測(cè)是為了電壓空間矢量調(diào)制的需要；而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置和速度的檢測(cè)是為了實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)和速度閉環(huán)控制。(1)電流信號(hào)的檢測(cè)電流的檢測(cè)通常有以下3種方式：電阻采樣；采用磁場(chǎng)平衡式霍爾電流檢測(cè)器〔LEM模塊〕；采用電流互感器。電阻采樣適合被測(cè)電流較小的情況，在待測(cè)電流的支路上串入小值電阻，通過(guò)測(cè)量電阻上的壓降就可以計(jì)算電流大小，假設(shè)要在保證電流檢測(cè)線性度的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)強(qiáng)，弱電的隔離，需要采用用于傳輸模擬量的線性光電耦合器件。電流互感器只能用于交流電流的檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程中需要對(duì)互感器獲得的電流信號(hào)進(jìn)展整流以得到單極性的直流電壓，再通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換讀入微處理器，由于整流電壓本身具有脈動(dòng)性，因此讀入微處理器時(shí)因采樣方式的不同將會(huì)得到不同的測(cè)量結(jié)果。與這兩種電流檢測(cè)方法相比，采用LEM模塊可以到達(dá)很多好的測(cè)量精度和線性度，而且霍爾電流傳感器響應(yīng)快，隔離也徹底。(2)電壓信號(hào)的檢測(cè)電壓的檢測(cè)方式通常有以下三種：分壓電阻采樣；采用電壓互感器；采用磁場(chǎng)平衡式霍爾電壓傳感器〔LEM模塊〕。分壓電阻采樣可以用于直流母線電壓的檢測(cè)，但要進(jìn)展強(qiáng)，弱電隔離時(shí)，需采用光電耦合電路。電壓互感器只能用于交流電壓的檢測(cè)。而應(yīng)用磁場(chǎng)平衡式霍爾電壓傳感器進(jìn)展直流母線電壓的測(cè)量和隔離，可以獲得很好的測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，因此實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)選用電壓LEM模塊LV28-P來(lái)檢測(cè)直流母線電壓，直流母線電壓信號(hào)的調(diào)理過(guò)程與電動(dòng)機(jī)側(cè)電流信號(hào)大體一樣，但無(wú)須電平提升電路。(3)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的檢測(cè)應(yīng)用機(jī)械式位置傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度，可以把測(cè)量結(jié)果作為評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)子位置自檢測(cè)精度的依據(jù)。要準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子*一時(shí)刻到達(dá)的位置，需要較為精細(xì)的轉(zhuǎn)角檢測(cè)器。光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，是目前應(yīng)用最多的傳感器。一般的光電編碼器主要由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。在伺服系統(tǒng)中，由于光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出假設(shè)干脈沖信號(hào)，其原理如圖。通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤(pán)還可提供相位相差90°的2個(gè)通道的光碼輸出，根據(jù)雙通道光碼的狀態(tài)變化確定電機(jī)的轉(zhuǎn)向。根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式，磁式，感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式，絕對(duì)式以及混合式3