基于TMS320F28035電動汽車電機控制器

2023-2023德州儀器C2000及MCU創(chuàng)新設計大賽工程報告題目：基于TMS320F28035電動汽車用電機控制器學校：重慶大學組別：專業(yè)組應用類別：先進控制類平臺：C2000題目：基于TMS320F28035電動汽車電機控制器摘要：21世紀，純電動汽車已經成為了解決燃油車輛帶來的能源和環(huán)境問題的最有希望的方案之一。而電動汽車電機控制器又是純電動汽車的核心局部。本設計以TI公司的TMS320F28035為控制核心，設計了一款用于電動汽車的低壓電機控制器，采用先進的弱磁控制算法和效率優(yōu)化策略，實現了電機在整個運行范圍內輸出最大轉矩和到達較高的效率。Abstract：ELECTRICvehicles(EV)areseenasapossiblesteptowardsthesolutionofthepollutionprobleminurbanenvironment.Andthemotorcontrolleriscoreoftheelectricvehicle.BasedonTMS320F28035,wedesignamotorcontrollerusedinlowvoltageEV.Withtheadvancedcontrolscheme,wecangetthemaximumtorqueinthewholespeedrangeandthemaximumefficiency.1引言20世紀90年代以來，汽車作為人類最重要的代步和交通工具，在全球范圍內得到蓬勃快速開展。其實世界汽車工業(yè)總共開展了100多年，已經成為世界上許多國家的支柱產業(yè)，在人類經濟生活和生產中發(fā)揮著舉足輕重的作用。進入21世紀，在今后的50年里，全球人口將從60億增加到100億，汽車的數量將從7億增加到25億。如果這些車輛使用內燃機的話，他們所需要的石油將不可估量，它們所排出的尾氣將無法處理，它們將對我們的環(huán)境造成巨大的傷害。這些問題迫使人們去尋找21世紀可持續(xù)開展的道路交通工具。另外，由于能源資源日益消耗，迫使人們重新考慮未來汽車的動力來源，世界各國都競相積極地研制新能源汽車，從而來替代燃料汽車。由于新能源汽車清潔無污染，能源形式多樣并且能量比重高，結構簡單而且維護方便，是21世紀最有開展?jié)摿Φ钠?。近二十多年來，西方工業(yè)興旺國家政府把電動汽車的研究開發(fā)看作解決環(huán)境問題和能源問題的一種有效手段，在經濟上給予大力支持。美國政府至今已出資數百億美元支持汽車廠商和相關廠商進行電動汽車技術的開發(fā)研究。美國三大汽車公司1991年聯合成立了美國先進電池聯合體，投入了4.5億美元，其中政府撥款2.25億美元，共同開發(fā)鎳鎘、鎳氫、鋅空氣電池、燃科電池等各種高性能蓄電池。日、法、德等國各大公司也投入巨資研究開發(fā)高性能電池。在電動汽車整車研究開發(fā)方面，至90年代末期，國外大汽車公司已開發(fā)生產了100多種型號的純電動汽車、燃料電動汽車和混合動力汽車(表1)。其中，已有10多種純電動汽車車型投入商業(yè)化生產；近年來，燃料電池電動汽車成為新的開發(fā)熱點，美國方案到2023年市場上燃料電池汽車占市場4%份額，到達60萬輛，日本政府發(fā)布燃料電池汽車開展方案--2023年5萬輛，2023年500萬輛；在純電動汽車和燃料電池汽車因技術和本錢問題尚未進入批量生產情況下，為了盡快降低燃油汽車的排放，美日等國正在廣泛研制混合動力汽車，目前已經開始小批量商業(yè)化生產。近些年來，國外著名的汽車廠商都在研制各類電動汽車，并取得了一定的成就。如日本的豐田公司在1997年12月推出了世界上第一款批量生產的混合動力轎車PRIUS，并在2000年后開始出口北美、歐洲。我國從“九五〞期間就有方案地開展了電動汽車關鍵技術的攻關和整車研制工作，“十五〞，“十一五〞期間，我國已將電動汽車列入“863〞重大科技攻關工程。國家科委、計委在"八五"、"九五"期間組織了純電動汽車的攻關，現在又將純電動汽車列入"十五"國家863方案電動汽車重大專項。國內大型汽車企業(yè)、高等院校、研究單位對純電動汽車的研究也熱情高漲，通過多輪試制，力爭在"十五"結束時實現電動汽車的產業(yè)化。"十五"目標是：解決關鍵技術，完成可實用的電動汽車的開發(fā)，并實現產業(yè)化。主要研究內容：電動汽車的總體設計；先進的電池技術；電動機及控制驅動系統(tǒng)；整車監(jiān)控與管理系統(tǒng)、使用環(huán)境與配套技術等。

電動汽車是新能源汽車中的一種，采用電力進行驅動，具有無排放、噪音低、能量轉換效率高等特點，是當前研究討論的熱點。但是目前電動汽車還不如內燃機汽車技術完善，主要原因是車載電池本錢過高，壽命過短。而且單節(jié)電池的儲能容量很低，需要裝載多節(jié)電池，占據車身總重量，并且一次充電后續(xù)駛里程也不理想。于是各種原因造成了電動汽車的本錢一直居高不下。電池租賃的營銷策略的提出，可能打破這一瓶頸，而且從開展長遠的角度看，隨著科技的不斷進步，電動汽車現在存在的問題將會逐步得到解決，價格和使用本錢也會隨著技術的成熟、電動汽車的普及和大批量生產逐步降低，價廉物美的電動汽車前景令人矚目同時異步電機由于其體積小、結構簡單、鞏固可靠、本錢低、易于維護等優(yōu)點，被越來越多的廠商用做電動汽車的驅動電機。但是相對于國外，國內對于電動汽車電機驅動控制器的研究還比擬落后，很多國內電動汽車廠商都依靠從國外進口電動汽車電機控制器來組裝電動汽車，而自身的研發(fā)能力不強。因此對電動汽車電機控制器的研究顯得非常重要。目前，電動汽車感應電機及驅動控制器通常采用兩種控制方法：轉子磁場定向矢量控制和直接轉矩控制。轉子磁場定向適量控制具有類似直流電機的轉矩控制特性，得到了廣泛的應用。當前多數電動汽車控制器采用大電壓加IGBT來驅動電機，在帶來大轉矩的同時，也帶來了平安隱患。一旦發(fā)生漏電，對人體的傷害將是致命的。本系統(tǒng)設計的目的是：采用額定電壓為48V的低壓電機作為電動轎車的驅動電機，以TI公司生產的DSP芯片TMS320F28035作為核心控制芯片，設計一款用于純電動汽車的控制器及轉子磁場定向矢量控制系統(tǒng)。并對整個控制算法進行優(yōu)化改良，在提高電動汽車平安性的同時實現電動汽車在運行過程中能提供盡可能大的轉矩和到達比擬高的效率。本系統(tǒng)設計學要解決的問題：以TI公司生產的DSP芯片TMS320F28035芯片作為控制核心，大電流MOSFET作為功率器件，完本錢系統(tǒng)電動汽車電機控制器硬件局部的設計完成電動汽車電機控制器控制算法的編寫，實現電動汽車控制器要求的功能，包括在電動汽車運行過程中實現大轉矩輸出，高效率以及各種保護功能。對本系統(tǒng)設計進行試驗臺實驗和實車路試實驗。2系統(tǒng)方案本系統(tǒng)總體方案為：本系統(tǒng)設計的主要功能有：電子加速，剎車，檔位功能，過流保護，欠壓保護，過熱保護，限流運行，限溫運行，CAN通行功能和能量回饋功能。系統(tǒng)設計的整體設計思路如圖1所示：圖1系統(tǒng)設計整體思路目前電動汽車電壓等級有：48V，72V，300V等，當前多數電動汽車控制器采用大電壓加IGBT來驅動電機，在帶來大轉矩的同時，也帶來了平安隱患。一旦發(fā)生漏電，對人體的傷害將是致命的。同時采用高電壓對整個電動汽車的絕緣性能要求非常高，因此本錢將大大增加。從平安角度出發(fā)，因此本系統(tǒng)設計選擇低壓48V作為驅動電壓。本系統(tǒng)設計采用16節(jié)3.3V的磷酸鐵鋰電池串聯來作為電動汽車的驅動電壓。圖2為實際驅動電壓實物圖;圖248V電池實物圖電動機是電機驅動系統(tǒng)的核心，其性能、效率、重量直接影響電動汽車的性能。目前電動汽車使用的電機主要有直流電動機，感應電動機，永磁無刷電動機和開關磁阻電動機,對各種電機特點簡要介紹如下：①直流電動機有刷直流電動機具有調速性能好、控制簡單、技術成熟等優(yōu)點，在早期開發(fā)的電動汽車上大量采用直流電動機進行驅動。有刷直流電動機的缺點存在電刷和機械換向器，不但限制了電機過載能力與速度的進一步提高，而且壽命低、維護本錢高；另外，由于損耗存在于轉子上，使得散熱困難，限制了電機轉矩質量比的進一步提高。因此，在新研制的電動汽車上已根本不采用有刷直流電動機。②永磁無刷電動機永磁無刷直流電動機是一種具有直流電動機的調速特性的高性能電動機。它的主要優(yōu)點是沒有電刷及相關機械結構，沒有換向火花，壽命長，運行可靠，維護簡便。但是永磁無刷直流電動機受到永磁材料工藝的影響和限制，功率范圍較?。欢矣来挪牧显谑艿秸駝?、高溫和過載電流作用時，其導磁性能可能會下降或發(fā)生退磁現象，將降低永磁電動機的性能，嚴重時還會損壞電動機；永磁無刷直流電動機在恒功率模式下，操縱復雜，需要一套復雜的控制系統(tǒng)，從而使得永磁無刷直流電動機的驅動系統(tǒng)造價很高。③開關磁阻電動機開關磁阻電動機是一種新型電動機，可控參數多，調速性能好、控制方便、結構簡單、本錢低、運轉效率高、易于在很寬轉速范圍內實現高效節(jié)能控制。但是由于其磁極端部的嚴重磁飽和以及磁極和溝槽的邊緣效應，使開關磁阻電機設計和控制非常困難和精細，而且開關磁阻電機經常引起噪聲問題。因為受到國內電機開展水平和電機價格的限制，目前國內將開關磁阻電機應用到電動汽車上的比擬少。④感應電動機感應電動機是應用得最廣泛的電動機。感應電機有繞線式和鼠籠式兩種類型，鼠籠式感應電機在電動汽車上的應用最為廣泛。感應電機沒有滑環(huán)、換向器等部件，結構簡單，運行可靠，經久耐用。轉速可到達12000～15000r/min?？刹捎每諝饫鋮s或液體冷卻方式。對環(huán)境的適應性好，并能夠實現再生反應制動。與同樣功率的直流電動機相比擬，效率較高，質量減輕一半左右，價格廉價，維修方便。感應電動機的低本錢、高可靠性及免維護等特性使其在電動汽車上得到了廣泛的應用。三相感應電動機的缺點是：矢量控制算法復雜，對處理器運算速度要求較高，造成控制系統(tǒng)的本錢較高。表1為目前使用的各種電動汽車用電動機的比擬，其性能以0-5分來評比。直流電機感應電機永磁無刷電機開關磁阻電機功率密度5效率5可控性5453可靠性3545成熟性5544本錢4534功率范圍4544總評26312927表1各種電動汽車用電動機性能的比擬[4][5]通過上述分析可知：異步電動機具有體積小、結構簡單、鞏固可靠、本錢低、易于維護等優(yōu)點，并且隨著變頻調速技術的開展，讓異步電動機的控制方法越來越完善，使異步電機有著優(yōu)異的啟動和調速性能，高效率、高功率因數和節(jié)能，有著廣泛的應用范圍。本課題選用低壓大電流鼠籠式異步電機作為電動汽車電機驅動。采用電機的主要參數為：額定電壓48V的4極鼠籠式異步電機，額定頻率100HZ,最高轉速6000rpm，啟動轉矩85N.M，額定功率5KW,峰值功率20KW,最大電流500A，額定線電流有效值133A。圖3為實際電機實物圖:圖348V電機實物圖本系統(tǒng)設計采用TI公司的DSP芯片TMS320F28035作為電動汽車異步電機的電機控制器的主控芯片。該芯片速該芯片是TI公司專門為電機驅動開發(fā)設計的一款DSP芯片其速度快，本錢低，完全能滿足系統(tǒng)要求，該芯片具有以下一些特點：①.高性能32位CPU，16×16位和32×32位MAC操作，16×16位雙通道MAC〔乘累加運算〕，采用哈佛總線結構,快速的中斷響應和處理,統(tǒng)一的存儲模式用C/C++和匯編語言，代碼效率高。②.裝置和系統(tǒng)低消耗，單獨的供電，沒有上電順序要求，先進的仿真性能，分析和斷點功能，可通過硬件實時調試,增強性的控制模塊，增強的PWM模塊，HRPWM，增強性的脈沖編碼模塊，ADC轉換模塊2.41異步電機矢量控制策略矢量控制理論是從異步電機內部的機電能量轉換、電機統(tǒng)一理論和空間矢量理論根底上開展起來的，理論根底嚴謹。矢量控制技術完全模仿對直流電機的控制技術，用矢量變換的方式，把異步電機定子電流解耦成互相獨立的產生激磁的分量和產生轉矩的分量，分別控制著兩個分量就可以實現對異步電機的轉矩控制和磁鏈控制的解耦，從而實現理想的動態(tài)性能。在理想的情況下矢量控制的異步電機傳動類似于他勵直流電動機傳動。在直流電機中，假設忽略電樞效應和磁場飽和，那么輸出轉矩可被表示為：(式2-1)式中Ia為電樞電流，If是勵磁電流。直流電機的構造決定了勵磁電流If產生的磁鏈與電樞電流Ia是垂直的，當控制電流Ia以控制轉矩時，磁鏈不受影響。異步電機是多變量，非線性，強耦合系統(tǒng)，控制起來遠比直流電機復雜。異步電機矢量控制示意圖如圖4圖4異步電機矢量控制示意圖將異步電機放在同步旋轉坐標系〔d-q〕上進行控制，如果將Ids定向在轉子磁鏈的方向且與Iqs垂直，那么穩(wěn)態(tài)時正弦量就變成了直流量，這樣異步電機就具有了直流電機的特性，可獲得類似直流電機的特性。此時異步電機的轉矩可表示為：〔式2-2〕其中為同步旋轉坐標系按轉子磁場定向后d軸電流，為同步旋轉坐標系按轉子磁場定向后q軸電流，這意味著當控制時，只會影響實際的轉矩電流Iqs,而不會影響磁鏈，當控制電流時，只會影響磁鏈，而不會影響電流的轉矩分量。圖5動汽車異步電機矢量控制原理系統(tǒng)框圖2.42空間矢量SVPWM調制技術目前PWM開關信號的獲得最常見的有正弦脈寬調制(SPWM)和空間矢量脈寬調制(SVPWM)。其中，SVPWM是將逆變器和電動機看成一個整體，建立逆變器開關模式和電機電壓空間矢量的內在聯系，通過控制逆變器的開關模式，使電機的定子電壓空間矢量沿圓形軌跡運動，從而明顯降低轉矩脈動，與傳統(tǒng)的SPWM相比，其開關器件的開關次數可以減少1/3，直流電壓的利用率可提高15%，能獲得較好的諧波抑制效果，且易于實現數字化控制。當電機要求運行在基速以上時，由于直流母線電壓的限制和反電動勢的影響，就需要轉子磁場隨著轉速的上升而下降，即所謂的弱磁運行。電動汽車對電機驅動系統(tǒng)的弱磁運行性能有較高要求，有限的供電電壓無法提供電機轉速升高所需的不斷升高的轉子反電勢，因此需要選擇適當的弱磁方法在滿足電機及逆變器的電壓和電流限制條件下得到盡可能大的電機轉矩輸出，功率輸出及良好的系統(tǒng)動靜態(tài)特性。在電動汽車中，電機逆變器的母線電壓易受電機運行工礦和電池特性的影響而產生一定范圍的電壓波動,為了能在全速度范圍內保持電機轉矩可控性，特別是在高速弱磁區(qū)，需要留一定的電壓余量以保證電機定子電流轉矩及勵磁分量的動靜態(tài)性能。目前最為常見的異步電機高速弱磁方法是假定母線電壓不變的前提下按照磁鏈與速度成反比的關系進行的高速弱磁控制在以轉子磁場定向矢量控制下有以下公式：〔式2-3〕〔式2-4〕高速時電阻壓降可以忽略，從以上兩式可得：〔式2-5〕采用轉子磁場定向后：〔式2-6〕電機高速運行時，那么：〔式2-7〕從式3-9可以看出采用磁鏈與速度成反比的弱磁控制時，只有在空載時才能保證U恒定不變，U隨電機負載增加而增加，另外逆變器母線電壓是波動的這給電機弱磁控制增加了難度。通過以上分析可以看出，傳統(tǒng)弱磁方法并不能在整個電動汽車運行過程中產生最大的轉矩，因此本文采用先進的弱磁控制算法，其控制框圖如圖6所示：圖6本系統(tǒng)設計采用的弱磁控制原理框圖同過判斷d軸和q軸電壓來判斷系統(tǒng)是否進入弱磁區(qū)，在進入弱磁區(qū)后，通過PI調節(jié)器來自動調節(jié)勵磁電流和轉矩電流的分配。〔1〕在恒轉矩區(qū)域，電機運行在基速以下，在這個區(qū)域電機所需電壓矢量的幅值沒有超過，電機運行只受電流限制圓的限制，有能力保證，到達其額定值，產生最大轉矩。整個恒轉矩區(qū)域電機電流分配如方程〔3.21〕所示：〔2-8〕〔2〕恒功率區(qū)，弱磁區(qū)1〔〕，隨著轉速的增加，電機所需要的電壓矢量越來越大，當時，電機運行所需要的電壓矢量幅值與相等。如果轉速在增加，電機運行所需要的電壓矢量幅值將大于，調節(jié)器PI(e)將調整電機所需的電壓矢量幅值使其不超過最大電壓。PI(e)調節(jié)器將自動減小勵磁電流從而保證電機假設需電壓不超過最大電壓限制，這將導致減小，減小。同時在該區(qū)域轉矩電流將增加，將增加這也意味著電機弱磁控制的開始。該區(qū)域電流的分配情況：由PI調節(jié)器自動調節(jié)，轉矩電流為：〔2-9〕〔3〕恒電壓區(qū)，弱磁區(qū)2〔〕：當電機轉速進一步增加時，電機運行狀態(tài)進入弱磁區(qū)2，在該區(qū)域，由于電機反電動勢很高，已經不可能在在向電機輸入最大的電流，所以在該區(qū)域電機運行狀態(tài)只受電壓限制橢圓的限制。該區(qū)域電機勵磁電流任由PI(e)調節(jié)器來調節(jié)來滿足電機運行的電壓限制條件，該區(qū)域的電流分配策略為：〔2-10〕通過上面分析可以看出系統(tǒng)設計采用的方法能在整個電機運行過程中得到最大的轉矩，不需要查表，對參數的依賴小，系統(tǒng)魯棒性強。與傳統(tǒng)的弱磁方法相比，電流分配更加合理，能夠在整個電機運行區(qū)域得到更大的轉矩。3系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)設計的電動汽車電機控制器總體框圖和實物圖如圖7所示：圖7電動汽車電機控制器總體框圖和實物圖如圖7所示，本系統(tǒng)采用48V電池作為控制器母線電壓輸入，主驅電機為鼠籠是異步電機，控制器主控芯片采用TI公司生產的TMS320F28035，功率逆變橋局部采用大電流MOSFET并聯，電流采樣采用新型的電流采樣芯片MLX91205.整個控制器狀態(tài)的檢測采用一個上位機來監(jiān)測，控制器與上位機之間通過CAN通信來實現數據的傳輸。本文采用的主控芯片為TI公司新推出的專門用于電機控制的芯片TMS320F28035,該芯片運算速率快，價格廉價，該芯片還具有一下一些特點：高性能32位CPU：16×16位和32×32位MAC操作，16×16位雙通道MAC〔乘累加運算〕，采用哈佛總線結構，原子操作，快速的中斷響應和處理，統(tǒng)一的存儲模式，用C/C++和匯編語言，代碼效率高可編程的CAL:32位的浮點數加速器,主CPU獨立處理代碼裝置和系統(tǒng)低消耗:單獨的3.3V供電,沒有上電順序要求,完整的上電復位和掉電復位時鐘:2個內部的振蕩器,片內晶體振蕩器和外部時鐘輸入,基于鎖相環(huán)的PLL時鐘模塊,程序監(jiān)視器模塊,沒有時鐘偵查電路多達45個獨立可編程復用的I/O引腳外設中斷擴展模塊〔PIE〕，支持所有的外設中斷32位的CPU定時器:每個ePWM模塊都有獨立的16位的定時器,片內存儲器，包括Flash,SARAM,OTP,BootROM.128位的平安密鑰:保護存儲模塊的平安,防止逆向設計連續(xù)的通信模塊:1個SCI模塊,2個SPI模塊,1個I2C,1個LIN網絡,1個ECAN先進的仿真性能:分析和斷點功能,可通過硬件實時調試增強性的控制模塊:增強的PWM模塊,HRPWM,增強性的脈沖編碼模塊,ADC轉換,片內溫度傳感器,比擬器28035封裝:64腳〔TQFP〕,80腳〔LQFP〕因此其完全滿足電動汽車電機控制器要求，本系統(tǒng)設計采用80引腳的28035，其實物圖為：圖8TMS320F28035實物圖隨著半導體技術的快速開展，功率MOSFET性能越來越高，價格越來越低，因此在大電流功率驅動電路中被廣泛采用。本系統(tǒng)采用功率MOSFET型號為STP75NF75，這種MOSFET的漏極和源極間電壓最大為75V，柵極和源極之間的驅動電壓最大為，導通電阻，導通電流最大為80A。本文設計的控制系統(tǒng)最大功率為20kW，直流供電電壓為48V，因此每個橋臂允許通過的最大直流電流為416.7A，為此采用MOSFET并聯結構，增大過流能力，本系統(tǒng)中每個橋臂并聯12個MOSFET，這樣每個橋臂可以承受的最大電流理論值為1000A，從而可以滿足系統(tǒng)大電流工作情況的需要。圖9所示為三相橋橋臂的MOSFET并聯電路圖，圖9三相橋MOSFET并聯結構電路圖圖9所示MOSFET并聯電路具有以下特點：①MOSFET并聯時，需要解決好并聯MOSFET的均流問題，為此，在每個MOSFET柵極都串聯了一個小電阻，該電阻根據MOSFET的柵極電流范圍和MOSFET驅動信號電壓計算，一般在5歐姆~30歐姆之間取值。②在MOSFET后級設計了RC濾波電路，對三相逆變橋輸出的交流電壓信號進行調節(jié)，防止出現過壓等故障現象。功率電路局部采用了貼片式MOSFET，貼片式MOSFET的鋁基板如圖10所示，采用鋁基板增大了導電面積，使板子可以承受的最大電流增大；采用貼片元件，板子體積小，器件焊接牢固，不易松動，可靠性較高；便于使用自動焊接技術，適合大批量生產。但是制板本錢相對較高。圖10實物圖本系統(tǒng)設計中，使用新型的霍爾傳感器MLX91205進行電流采樣。磁集極霍爾傳感器具有高線性度、低磁滯、高靈敏度、體積小、安裝方便、價格低等優(yōu)點。隨著該技術的推廣，磁集極霍爾傳感器必將廣泛應用于很多領域。與傳統(tǒng)的霍爾傳感器和磁阻傳感器比擬，磁集極霍爾傳感器具有3個優(yōu)點：①磁集極霍爾傳感器的靈敏度比傳統(tǒng)霍爾傳感器高，和磁阻傳感器相當。磁集極霍爾傳感器的靈敏度高達280V/T，典型的霍爾傳感器在5V供電的情況下的靈敏度是25V/T；②磁集極霍爾傳感器改善了磁阻傳感器的非線性和磁滯現象；③磁集極霍爾傳感器的3dB帶寬為100kHz，典型的響應時間只有3μs，可以廣泛的應用于PWM控制和過載保護中檢測電流信號，實現快速保護REF_Ref290564998\r\h[27]。本系統(tǒng)設計選用melexis公司的MLX91205磁集極霍爾傳感器，應用于電動汽車異步電機控制器的電流檢測(未加屏蔽防干擾)，其實物連接圖如圖11所示：〔a〕未加導電條〔b〕加上導電條圖11MLX91205的實物連接圖根據電磁學理論，隨著距離r的增大，磁場強度B迅速衰減。因此，傳感器和導線之間的距離越小，傳感器的輸出電壓就越大。本試驗比擬了距離與電流的關系。其試驗局部波形如圖12所示：圖12測試所得波形4統(tǒng)軟件設計詳細介紹算法設計與算法流程圖〔不得大量復制源代碼〕系統(tǒng)軟件采用模塊化設計方法，將各個功能單元制作成各個獨立的軟件模塊，在主程序中根據需要調用各個功能模塊，從而實現系統(tǒng)整體功能。模塊化編程使得程序結構清晰明了，編寫程序時思路清楚，簡化了編寫程序的步驟，使程序功能更容易實現，同時為閱讀程序和進一步修改程序帶來極大的方便。系統(tǒng)中的功能模塊主要包括：AD采樣轉換模塊、弱磁控制模塊，SVPWM模塊、轉子磁場角度計算、轉速估計模塊、CLARK變換，PARK變換、PARK反變換和PID計算模塊等。系統(tǒng)軟件主要采用C語言編寫，局部需要快速執(zhí)行的功能模塊采用匯編語言編寫，從而大大減小了軟件編寫的難度，并提高了系統(tǒng)軟件的運行效率。系統(tǒng)主程序主要進行系統(tǒng)初始化和各個功能模塊的初始化，進行速度給定和轉矩給定控制，并通過CAN通信與上位機進行數據交換等，主程序流程圖如圖13所示：圖13主程序流程圖4.1主要功能模塊軟件設計根據系統(tǒng)中主要的功能模塊分別編寫相關程序，主要有中斷程序、SVPWM程序、AD采樣程序、PID控制程序、磁場角度計算，弱磁控制等。下面對各個主要軟件模塊進行詳細介紹。4.1.2中斷程序和保護程序設計①PWM定時器中斷程序設計PWM定時器中斷是系統(tǒng)的主要中斷程序，當PWM計數器計數值為0時產生中斷信號，進入主中斷程序。這種方法節(jié)省了一個專門的定時器，使控制更加靈活，效果較好。中斷程序中主要進行AD采樣、假設此算法弱磁算法，CALRK變換、PID調節(jié)、PARK變換、SVPWM計算、磁場角度計算等。主終端程序流程圖如圖14所示。圖14主中斷程序流程圖②TZ故障保護程序設計TMS320F28035有專門的故障保護端口可以對故障信號進行中斷保護，相對本文采用TZ2作為故障保護端口，當有故障信號時，TZ引腳變成低電平，DSP立即關斷所有的PWM輸出，同時發(fā)出報警信號。4.1.3SVPWM的軟件設計SVPWM是矢量控制的關鍵，SVPWM波形的正確與否直接決定著系統(tǒng)的工作是否正常，為了產生正確的SVPWM波形，需要按照圖15所示程序流程圖進行程序編寫。圖15SVPWM流程圖圖16ADC程序流程圖圖15中PWM初始化主要內容包括設置PWM的產生方式、PWM周期和占空比及PWM死區(qū)等。PWM計數器采用增減計數模式，根據PWM周期和占空比設置周期存放器(TBPRD)和比擬存放器(CMPA)的值。設置CAU=1、CAD=0，那么計數器增加至與比擬存放器相等時，相應PWM端口輸出高電平，計數器減小至與比擬存放器相等時，相應PWM端口輸出低電平，從而決定了PWM的波形。PWM周期為(4-1)其中為系統(tǒng)基準時鐘周期，本文中設計值為。根據占空比計算比擬存放器的值如式(4-2)所示，(4-2)由于本系統(tǒng)設計的MOSFET驅動芯片IR21363S在驅動時自帶700NS的死區(qū)時間，因此在本文中在PWM模塊中將死去時間設為0。TMS320F28035的死區(qū)共有4種方式，本系統(tǒng)中采用的低有效互補方式〔ALC〕。設置的存放器為：DBCTL=0x7，DBRED=0，DBFED=0，上升沿和下降沿死區(qū)時間均用驅動芯片自帶的死區(qū)時間。4.1.4A