湖北文理学院
毕业设计(论文)开题报告
20##年3月1日
第二篇：电动汽车驱动控制系统的研究与设计
分类号：Ｕ４９
１０７ｉ０—２００４０５１８
硕士学位论文电动汽车驱动控制系统的研究与设计
卢旭
导师姓名职称
申请学位级别硕士堑量±塾堡学科专业名称銮塑篮星王猩垦蕉剑
２００７年５月２５日论文提交日期２００７年５月１０日论文答辩日期
学位授予单位
答辩委员会主席
学位论文评阅人长安大学巨永锋教授武自芳教授茹锋副教授
摘要
在电动汽车的研究中，驱动控制技术是制约其发展的关键技术之一。在电池技术未取得突破的背景下，电机驱动系统的研究成为电动汽车技术研究的主要热点。对电动汽车驱动控制系统的研究与设计，不但能够优化电动汽车驱动系统效率，满足对电机控制的要求，而且可以通过与能量系统的相互补充，相互协调，提高了电动汽车的行驶里程，这对电动汽车的商业化推广和应用有着重要的意义。
本文针对传统的线性控制，如ＰＩＤ控制等，不能满足高性能电动机驱动的特点，以电动汽车行驶时的车速与电动机的转速之间的偏差ｅ以及偏差变化率ｅｃ作为系统的输入变量，以满足不同时刻偏差和偏差变化率对ＰＩＤ参数自整定的要求，进而论述了电动汽车驱动系统的自整定模糊ＰＩＤ控制，在对电动汽车驱动电机进行数学分析和建模的基础上，建立了驱动系统的双闭环控制仿真模型。仿真结果表明，该控制方法在加速性能、转速超调等方面比传统的ＰＩＤ控制有着显著的改善。
最后，在考虑电动汽车驱动系统运行特点和电机调速控制器发展的背景下，以ＴＩ公司的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２作为控制核心、以ＩＧＢＴ作为功率模块，以永磁直流电机为控制对象，从硬件和软件两个方面介绍了电机驱动控制系统的设计方案。完成了相关电路的设计，包括主回路及其保护电路、串行通信电路、电源电路、存储电路、信号采集调理电路等；在软件方面，主要编写了主程序、转速检测程序、通信程序等相关程序。在实验室完成了相关的调试工作，结果表明：控制器设计符合设计要求。关键词：电动汽车，ＤＳＰ，模糊ＰＩＤ，电机
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＩｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ），ｉｔｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ａｉｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄｂｙｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｂｅｃａｕｓｅｏｆｎｏｔｈａｖｉｎｇｇｏｔｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈｉｎｂａｔｔｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆ
ｍｏｔｏｒｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｈａｓｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍａｉｎｆｏｃｕｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｉｅｓｏｆＥＶ．Ｔｏｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈ，ｉｔｗａｓｎｏｔｏｎｌｙｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆＥＶ，ａｎｄｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｎｅｅｄｏｆｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆＥＶ，ｂｕｔａｌｓｏｔｏｌｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｔｒａｖｅｌｍｉｌｅａｇｅｂｙｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇａｎｄｈａｒｍｏｎｉｚｉｎｇｅａｃｈｏｔｈｅｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍｏｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｈａｖｅｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ，ａｌｌｗｈｉｃｈｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥＶ．
ａｓＳｉｎｃｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｃｏｎｔｒｏｌ，ｓｕｃｈＰＩＤ，Ｃａｌｌ’ｔｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｉｇｏｒｄｅｍａｎｄｏｆｄｒｉｖｉｎｇｔｈｅ
１１ｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍｏｔｏｒ，ｄｅｖｉａｔｉｏｎｎａｍｅｄｅａｎｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｃｈａｎｇｅｎａｍｅｄ
ａｓｅｃｂｅｔｗｅｅｎｓｐｅｅｄｏｆＥＶａｎｄｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄｏｆｒｏｔａｔｉｏｎ，ａｒｅ
ｒｅｑｕｅｓｔｏｆｔａｋｅｎｔｈｅｉｎｐｕｔｖａｒｉａｂｌｅｏｆｓｙｓｔｅｍ，ｓａｔｉｓｆｉｅｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｍｅｗｈｉｃｈｄｅｃｉｄｅｔｈｅＰＩＤｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｌｆｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ，ｔｈｅｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｏｄｅｌｂｕｉｌｄｉｎｇｏｆｄｒｉｖｉｎｇｍｏｔｏｒｏｆＥＶ，ｔｈｅｄｏｕｂｌｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｏｆｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇｆｕｚｚｙＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｈａｓｍｏｒｅｎｏｔａｂｌｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｔｈａｎｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｉｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｏｖｅｒｓｈｏｏｔｏｆｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ．ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄ
Ｆｉｎａｌｌｙ，ｕｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｔｈａｔｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆＥＶ’ＳｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＥＶ’Ｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｂｙＴＩＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ＇ｓＤＳＰｃｈｉｐｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅ，ｂｙＩＧＢＴａｓＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ａｓａｓｔｈｅｔｈｅｐｏｗｅｒｍｏｄｕｌｅ，ｂｙｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｓｍＤＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｍｅｍｂｅｒ，ｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｏｆｓｙｓｔｅｍＷａｓ
ｉｓｂａｓｅｄ
ｃｉｒｃｕｉｔｏｎｄｅｓｉｇｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｗｈｉｃｈｔｈｅＴＭＳ３２０Ｆ２８１２．ＴｈｅｒｅｌａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｉｃｃｉｒｃｕｉｔＷａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍａｉｎａｎｄｉｔｓｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｍｅｍｏｒｙ
ｃｏｌｌｅｃｔａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｉｇｎａｌ
ｐｒｏｇｒａｍｓｉｓｃｉｒｃｕｉｔ，ｅｔｃ．．ＷｈｅｎｉｔｃａｍｅｔｏｔｈｅｓｏＲｗａｒｅ，ｓｏｍｅｗｒｉｔｔｅｎ，ｓｕｃｈａｓｍａｉｎｐｒｏｇｒａｍ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｔａｒｇｅｔｓ．ｐｒｏｇｒａｍｏｆｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ，ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ，ｅｔｃ．．ＡｎｄＣａｎｒｅａｃｈｔｈｅｔｈｅｄｅｂｕｇｉｎｔｈｅｌａｂｉｓｄｏｎｅ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ，ＤＳＰ，ＦｕｚｚｙＰＩＤ，ＭｏｔｏｒＩＩ
论文独创性声明
本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。
本声明的法律责任由本人承担。
论文作者签名：尹趟２“声罗月２７日
论文知识产权权属声明
本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。
（保密的论文在解密后应遵守此规定）
论文作者签名：
导师签名：．砂净罗月ｚ７日
一艺解老
～迢气ｚ叩年５月ｚ７日
长安大学硕士学位论文
第一章绪论
随着燃油汽车保有量的不断增长，汽车给人类带来了环境污染和石油资源短缺等一系列问题。电动汽车因具有低噪声、零排放、综合利用能源等突出优点，成为当今汽车工业解决能源和环保等突出问题的重要途径。电动汽车驱动控制技术是制约其发展的关键技术之一。
１．１电动汽车的研究背景和意义
电动汽车英文缩写为ＥＶ，即ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ。电动汽车是指以车载电源为动力，用电动机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。在外型上，电动汽车与传统的汽车并无显著区别，它们的主要区别在于动力和驱动系统【¨。
从汽车发展的历史来看，电动汽车其实比燃油汽车还要早诞生几年，但受电池和驱动控制技术的局限，其发展却远远落后于燃油汽车。燃油汽车虽给国民经济带来了发展、给人类带来了方便，但也给人类带来了巨大的灾害，目前世界汽车工业可持续发展所面临的两大难题为环境污染和石油资源匮乏。４２％的环境污染是来源于燃油汽车的排放，８０％的城市噪声是由交通工具产生的，同时当今世界石油储量日趋减少，而燃油汽车是消耗石油的大户。因而当今汽车工业发展势必寻求低噪声、零排放、综合利用能源的方向。有鉴于此，上世纪六七十年代，电动汽车开始复苏。现在随着电力电子、控制、材料等技术的发展在世界各国激发了研究、开发、应用电动汽车的热潮。
电动汽车不仅是以电动机、控制器和电源组成的以电驱动系统为基础的车辆，而且是实现清洁、高效、智能的道路运输系统的一个全新系统，是一个便于和现代交通网络结合的智能系统。无论从环保角度还是从能源角度来看，未来的电动汽车都需要有一个１．２电动汽车的国内外发展现状
近十几年来，现代电力电子、微电子、新材料和计算机技术的飞速发展为电动汽车的研究开发提供了基础，极大的促进了电动汽车的发展【２，４，６，７１。
国外电动汽车的发展现状
目前，在世界范围内，美国、日本和欧洲在电动汽车的研究和应用方面处于世界先美国的通用ＥＶ－１两座轿车、通用Ｓ一１０两座皮卡、福特Ｒａｎｇａ两座皮卡，日本的大的发展，其开发关系到众多工业的兴衰，可能成为未来新的经济增长点。１．２．１进水平。
第一章绪论
丰田ＲＡＶ－４五座轿车、本田Ｐｌｕｓ四座轿车、日产Ｌｕｎｎｅｔ五座轿车、大发Ｈｉ－ｊｅｔ微型面包，法国研制的标志．雪铁龙Ｐ１０６四座轿车等都投入了商业运行。在２０００年，日本公路上就已运行着１０００多辆纯电动汽车，美国商业化运行的纯电动汽车己达到６０００辆，欧共同体主要城市基本上都有试运行的电动公交车。
１．２．２我国电动汽车的发展现状
国家从维护我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力及实现我国工业的跨越式发展的战略高度考虑，２００１年９月，中国科技部在“十五＂期间的国家“８６３’’计划中，特别设立了电动汽车重大专项，提出了“三纵三横’’研究开发布局（“三横”是指纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车的整车，“三纵＂是指电池、电机和控制系统的关键零部件）。专项将从国家汽车产业发展战略的高度出发，选择新一代电动汽车技术作为我国汽车科技创新的主攻方向，组织企业、高等院校和科研机构，以官、产、学、研四位一体的方式，联合进行攻关。力争在电动汽车关键单元技术、系统集成技术及整车技术上取得重大突破，集中有限资源抢占新一代电动汽车的制高点。
我国电动汽车重大科技专项实施几年来，经过２００多家企业、高校和科研院所的２０００多名技术骨干的努力，目前已取得了重大进展。如燃料电池轿车累计运行４０００ｋｍ，燃料电池客车累计运行８０００ｋｍ；混合动力汽车正在一些地方的公交线路上试验运行，运行超过１４万ｋｍ；纯电动轿车和纯电动客车已通过国家有关认证试验【３’８】。
１．３电动汽车驱动控制系统
１．３．１电动汽车驱动系统基本结构
电动汽车的基本结构如图１．１所示，主要由电力驱动子系统、主能源子系统和辅助控制子系统等组成。
图１．１典型电动汽车的基本结构２
长安大学硕士学位论文
电力驱动子系统的结构如图１．２所示。主要由电控单元、功率转换器、电动机、机械传动装置和驱动车轮组成，它的主要任务是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池的能量转化为车轮的动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。从功能的角度看，电动汽车的电机驱动系统可以分为电气和机械两大系统。电气系统由电机、功率转换器和电子控制器等三个子系统组成；而机械系统主要包括机械传动装置（可选的）和车轮【２１。
ｌ电动机
／＼／＼
ＣＡＤ类型
ＤＣＦ刚
ＥＭ
力
热ＩＭＳＲＭＰＭＳＭ
朋●Ｉ法ＰＭ晰ＰＭＢＭ
图１．２电动汽车的电力驱动系统结构框图
其中电子控制器分为三个功能单元：传感器、中间连接电路与处理器。传感器把测得的数据，如电流、电压、温度、速度、转矩以及电磁通等，转变为电信号，通过连接电路把这些电信号调整倒合适的值后，然后输入到处理器。处理器的输出信号通常经过中间电路放大，驱动功率转换器的半导体器件。本课题研究的重点就是电机驱动子系统中的电子控制器的设计，并以此为中心展开的。
１．３．２电动汽车驱动电机选型
本课题选用客车最大总质量（含蓄电池和电动机）为５６００ｋｇ，车轮半径：０．３６７ｍ，传动系统效率是０．９０，主减速器传动比：ｉｏ＝６．１７，一挡传动比：ｉ。ｌ＝５．５６８，最高档传动比：ｉ９４＝０．８１４，由于在城市良好路面行使，所以滚动阻力系数取ｆ＝－０．０１３，风阻参数ＣＤＡ＝３．４８ｍ２，由于该课题所设计和开发的电动客车主要应用于城市公交线路，最高车速是７０ｋｍ／ｈ，所以根据最高车速计算，忽略坡道阻力，此时加速阻力为零，可得ＰＭ＝３２．８ｋＷ。
考虑到永磁直流电动机具有结构简单、维护方便、运行可靠、损耗较小、效率和功率因数比较高等特点，并且在各种电动汽车驱动系统中的广泛应用，所以选取永磁直流电机作为本课题的驱动电机。
结合目前设计的实际情况，初步拟选取包头永磁电机研究所额定功率为３５ｋｗ的永磁直流电机，其相关参数为：
额定功率：３５ｋｗ，额定电压：２１０ｖ，额定转速：３０００ｒｐｍ３
第一章绪论
额定电流：１７４Ａ，工作制：Ｓ２．９０ｍｉｎ，换向火花：＜５／４
最高电压：２８０ｖ，最大功率：６０ｋｗ，最大电流：２３２Ａ
最高转速：４０００ｒｐｍ，绝缘电阻：＞＝２００Ｍ，电枢电阻：０．０２５６（２２度）
耐压：１５００ｖ，质量：１２５ｋｇ
同时在设计时应能考虑到电动汽车在立交桥坡道上原地起步的工况，因此在城市公交线路上电动汽车能克服的坡度不应低于１５％。
在利用最大爬坡度计算时，可忽略空气阻力和加速阻力，可得ＰＭ≥４４．４ｋｗ，拟选取的电动机的最大功率６０ｋｗ。
最后还要考虑该电动车在城市公交线路上行驶时应能在城市立交坡道上以一较低车速稳定行驶，以车速为２０ｋｍ／ｈ在坡度为５％的道路上匀速行驶时，由于车速较低可忽略空气阻力，此时加速阻力为零，可得ＰＭ＝２１．３ｋｗ，小于拟选取电动机的额定功率３５ｋｗ。
通过以上论述和计算，拟选取的永磁直流电动机满足课题的控制系统设计和汽车行驶动力性能的要求。
１．４电动汽车驱动控制系统的选题意义
电动汽车作为机械、电子、能源、计算机、汽车、信息技术等多种高新技术的集成，是典型的高新技术产品，其最终目标是实现智能化、数字化和轻量化。目前研制和开发的关键技术主要有电池、电动机、电动机控制、整车设计，以及能量管理技术等。近年来，电动汽车的研究和开发取得了一定的进展，但还存在如下的一些技术难题亟待解决：
（１）一次充电续驶里程太短。这主要是由于电池的比能量低；
（２）电池的循环寿命短、更换率高；
（３）电池充电时间长，通常需要乱１０小时才能完成；
（４）电动汽车的动力性还不够理想，电机的调速控制系统和蓄电池能量管理系统技术还不成熟。
由此可见，制约电动汽车发展的瓶颈是电池和电机驱动控制系统。电机驱动控制系统是提高汽车动力性、续驶里程和可靠性的保证。其输出特性决定了电动汽车的动力特性，同时，它的效率对电动汽车效率的影响也非常大。目前，在电池技术未取得突破的背景下，电机驱动系统的研究成为电动汽车技术研究的主要热点，也是提高续驶里程并使之实用化的关键，目的是提高电动汽车的驱动性能、续驶里程以及行驶方便性、可靠性等【２，５１。电机驱动子系统的研究以驱动电机的研究为中心，辅以各种新型控制技术而展开。４
长安大学硕士学位论文
美国太阳电公司、通用公司、日本丰田公司、我国中科院电工研究所以及其它国内外多个科研机构都一直致力于电动汽车电机驱动控制技术的开发。
目前，从国外引进的电动汽车电机控制器存在以下几个特点：（１）采用的核心控制芯片落后，例如太阳电公司采用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０，没有采用ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７和ＴＭＳ３２０ＬＦ２８１２等最新的控制芯片，使得某些更优化的算法无法实现；（２）控制器价格昂贵，２２ｋＷ的驱动系统（电机、减速器、电机控制器）需要１５万元一套，限制了我国电动汽车的产业化；（３）对我国的用户不提供源程序，缺乏自主知识产权，不能很好地与汽车进行匹配。国内电动汽车研究情况如下：（１）装车用的电机控制器大多采用国外的成品，不拥有自主知识产权；（２）电机控制器的研究与汽车研究分离，整车匹配效果不好；（３）针对电动汽车的电机控制理论研究不深入，产品性能不完善，未形成一只成熟的研发队伍。因此，我国当前应该努力提高自主研发能力，形成具有自主知识产权的产品【１２１。
本课题就是在考虑电动汽车驱动系统运行特点和电机调速控制器发展的背景下，以德州仪器的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２作为控制核心、以ＩＧＢＴ作为功率模块，设计出硬件控制平台，采用永磁直流电机，并根据电动汽车的运行工况作出一些灵活应用，设计出一套性能优越的电动汽车驱动系统。
本课题涉及了电动汽车领域的一些重要内容，对电动汽车的开发和研制具有理论和工程上的参考价值。目前，电动汽车己经作为全世界的研究开发热点，我国也已经把电动汽车列入一系列国家重大科技专项中。因此本课题的选向符合社会需求和技术发展趋势。
１．５本课题的研究内容
本论文以电动汽车电机控制器的工程研究项目为背景，以设计出高可靠性、高效率、高性能指标并且具有自主知识产权的电动汽车电机控制器及相应的驱动系统硬件软件为目的。具体内容包括以下几个方面：
（１）参考了国内外相关文献，对电动汽车的概念以及国内外电动汽车的发展情况进行了全面地学习和研究，阐述了发展电动汽车的重要意义；
（２）对永磁直流电机的模糊ＰＩＤ控制理论进行了详细的探讨和研究；
（３）参考国内外相关设计和项目设计要求，确定仪器的总体设计方案；
（４）以ＴＩ公司生产的ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心，设计了电动汽车的调速控制系统的硬件电路；５
第一章绪论
（５）在硬件电路的基础上，使用ＤＳＰ集成开发环境ＣＣＳ３．１，采用Ｃ语言和ＤＳＰ汇编语言混合编程技术，完成了电动汽车电机控制器的软件设计，实现了控制器的基本功能；
（６）在实验室条件下进行相关测试，验证控制器的功能和性能。６
长安大学硕士学位论文
第二章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
随着电机及驱动系统的发展，控制系统趋于智能化和数字化。变结构控制、模糊控制、神经网络、自适应控制、专家系统、遗传算法等非线性智能控制技术，都将各自或结合应用于电动汽车的电机控制系统。它们的应用将使系统结构简单，响应迅速，抗干扰能力强，参数变化具有鲁棒性，从而大大提高了整个系统的综合性能。
２．１驱动控制系统模型
在车辆行驶过程中，驾驶员获取环境信息、车辆状况信息后，根据自己的驾驶经验，通过操纵系统，对车辆输入自己的驾驶指令，使车辆按照自己的意图行驶。在这里，把这样的一个系统称为人…车…路系统，如图２．１所示。园
ｒ—————————］
ｌ车辆……车辆状态信息………………………－…ｊＩ控制结果Ｉ一…一……一
图２．１人－车－路系统
和传统燃油汽车一样，在电动汽车的行驶过程中，其动力输出也是通过加速踏板来控制的。从人的感官出发，驾驶员直观的控制对象并不是驱动系统输出的动力，而是车辆行驶速度。如果车速不能达到驾驶员的预期车速，驾驶员就会继续改变加速踏板位置，直至达到控制目标为止。因此本文把电动汽车看作一个整体，以车辆行驶速度为最终的控制目标，通过控制驱动系统的输出转矩来实现驾驶员的驾驶意图【ｌｏ】。
由车辆行驶平衡方程可知，驱动系统的动力输出与车辆的行驶状态之间存在着对应关系。在平直良好路面、无风环境下，这种对应关系是一一映射的关系。驾驶员可以通过操纵加速踏板控制驱动系统的动力输出，由于非线性因素对车辆行驶状况的影响，系统必须采取闭环控制。因此，本文建立了如图２．２所示的模型，以此作为电动汽车电机驱动系统的控制模型。即以实际车速ｕ与目标车速ｌｌｏｂｉ之间的偏差ｅ作为输入量，其输出为转矩给定值Ｔｇ，直接转矩控制模块按照这个转矩给定值控制驱动电机的动力输出。
ｍ曼还》▲
图２．２电动汽车驱动系统控制模型原理图７
第二章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
２．２电机驱动控制策略
车辆在行驶过程中，环境阻力的变化具有不可预知性和非线性变化的特点，因此常规的ＰＩＤ控制算法在驱动系统控制中较难取得满意的控制效果【１０川。因此，本驱动系统的控制策略考虑采用模糊ＰＩＤ控制来实现。
２．２．１模糊ＰＩＤ控制原理
模糊理论是由美国加州大学Ｌ．Ａ．Ｚａｄｅｈ教授在１９６５年创立的模糊集合理论的数学基础上发展起来的，主要包括模糊集合理论、模糊逻辑、模糊推理和模糊控制等方面的内容，这一理论为描述和处理事物的模糊性和系统的不确定性、为模拟人的模糊思维和决策推理功能，提供了一个十分有效的工具。
模糊控制（ＦｕｚｚｙＣｏｎｔｒ０１）是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它从行为上模拟人的模糊推理和决策过程。其最大的特点是将专家的经验和知识表示为语言控制规则，并用这些控制规则去控制系统，这样它可以不依赖于被控制对象的精确数学模型，能够克服非线性因素的影响，对被控制对象的参数具有较强的鲁棒性［１７，１８】。其基本原理如图２．３所示。
精确孽：ｏ…▲
一；ｉ．．．。．．．．．．．．．．．．～一——一——…——．…一一图２．３模糊控制原理
ＰＩＤ控制器是工业控制过程中应用最多的一种控制方式，其原因有二：一是由于ＰＩＤ控制器具有简单而固定的形式，在很宽的工作范围内都能保持较好的鲁棒性；二是给设计人员提供了一种简单而直接的调节方式。然而常规ＰＩＤ控制器难以满足高精度、快响应的控制要求，常常不能有效克服负载、模型参数的大范围变化以及非线性因素的影响。
如果能够实现ＰＩＤ控制器的参数在线自整定，那么就能进一步完善ＰＩＤ控制器的性能，以适应控制系统的参数变化和工作条件变化。目前较多采用的是被控对象的在线辨识，然后根据一定的控制要求或目标函数，对ＰＩＤ控制器的三个参数ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ进行在线调整。这种方法建立在被控对象的精确数学模型的基础上，因此有一定的局限性，尤其是当被控对象具有本质非线性、参数时变性以及模型不确定性时，辨识方法往往不一定有效［１６，１９，２０，２２１。在线自整定模糊ＰＩＤ控制器以电动汽车行驶时的车速与电动机的转
长安大学硕士学位论文
速之间的偏差ｅ以及偏差变化率ｅＣ作为系统的输入变量，可以满足不同时刻误差ｅ和误差变化率ｅｃ对ＰＩＤ参数自整定的要求。利用模糊控制规则在线对ＰＩＤ参数进行修改，便构成了在线自整定模糊ＰＩＤ控制器，如图２．４所示：～＿…趣囹
冬一｜｜ｉ，ｊ
图２．４模糊ＰＩＤ控制器结构图
ＰＩＤ参数自整定的实现思想是先找出ＰＩＤ的三个参数与误差ｅ和误差变化率ｃｃ之间的模糊关系，在运行中通过不断检测ｅ和ｅｃ，再根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改，以满足不同ｅ和ｅｃ时对控制器参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能。
２．２．２模糊控制系统参数整定原则
ＰＩＤ参数模糊自整定是找出ＰＩＤ三个参数与ｅ和ｅｃ之间的模糊关系，在运行中通过不断检测ｅ和ｅＣ，根据模糊控制原理对三个参数进行在线修改，以满足不同要求，而使被控对象有良好的动，静态性能。根据参数ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ的作用，在不同的ｅ和ｅｃ下，对ＰＩＤ控制器参数ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ的整定要求如下。
（１）当偏差较大时，为了加快系统的响应速度，应取较大的ＫＰ；为了避免开始时可能出现的过饱和，取较小的ＫＤ；防止出现较大的超调，对积分作用加以限制，通常取ＫＩ＝ｏｏ。
（２）当偏差处于中等大小时，为使系统响应具有较小的超调，ＫＰ应取得小些，ＫＩ取值要适当。这时ＫＤ的取值对系统影响较大，要大小适中，以保证系统的响应速度。
（３）当偏差较小即接近设定值时，应增加ＫＰ和减小ＫＩ的取值，为了避免出现振荡，应增强系统的抗干扰性能。当偏差变化量较小时，ＫＤ可取值大些；当偏差变化量较大时，ＫＤ应取值小些。
ＰＩＤ参数的整定必须考虑到在不同时刻三个参数的作用以及相互之间的互联关系。２．２．３模糊控制系统建模
２．２．３．１输入量的模糊化
确定系统中连续变量ｅ，ｅｃ的变化范围，本系统中速度变化范围为（０～３０００ｒ／ｍｉｎ）。９
第二章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
那么速度误差ｅ范围是（－３０００，３０００）：而误差变化率ｅｃ的变化范围可以设定为（－５０００，５０００）。将ｅ，ｅｃ的变化范围整定到模糊论域Ｅ－＿（－７，７）内：
由此，可以得到速度误差及误差变化率的整定公式为（２．１），（２．２）：
ｅ－＿土ｅ３０００（２．１）
ｅｃ．－—Ｌｅｃ
５０００（２．２）
这样就得到模糊量ｅ’，ｅｃ’。在模糊论域内，分别定义七个模糊集合，对应的语言变量为：负大（ＮＢ）、负中（ＮＭ）、负小（ＮＳ）、零（ＺＥ）、正小（ＰＳ）、正中（ＰＭ）、正大（ＰＢ）。
２．２．３．２输出量的模糊化
确定输出量ＫＰ’、ＫＩ’、ＫＤ’的变化范围，统一设定为［．７，７】。然后对模糊控制器的三个输出分别乘以量化因子。此量化因子可以根据不同的控制对象，通过实验的方法进行临时调整。
对参数ＫＰ’、ＫＩ’、ＫＤ’也分别定义七个模糊集合即：负大（ＮＢ）、负中（ＮＭ）、负小（ＮＳ）、零（ｚＥ）、正小（ＰＳ）、正中（ＰＭ）、正大（ＰＢ）。
２．２．３．３隶属函数
经典集合的特征函数只能取０，１两个值，而模糊集合的特征函数的取值范围扩展到在［Ｏ，１］区间内连续取值，为了把两者区分开来，就把模糊集合的特征函数称为隶属函数。常用的隶属函数有如下几种：ｚ函数、Ｓ函数、ＩＩ函数、列举函数、等分函数等。
本文隶属函数选择Ｚ（ｚｍｆ）型函数、三角函数和Ｓ（ｓｉｇｍｏｉｄａｌ）型函数的组合。变量ｅ’、ｅｃ’、ＫＰ’、ＫＩ’、ＫＤ。的隶属函数如下图所示：
ａ）输入变量ｅ?的隶属函数１０
长安大学硕士学位论文ｂ）输入变量卵，的隶属函数
０
ｃ）输出变量ＫＰｔ的隶属函数
Ｏ５
Ｏ
ｄ）输出变量ＫＩ＇的隶属函数
ｅｇ
０
ｅ）输出变量胁?的隶属函数图２．５变量ｅ?、∞，、ＫＰ＇、Ⅺ?、妯?的隶属函数
第二章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
２．２．３．４模糊规则
在选定模糊变量的隶属函数，并划分好模糊论域之后，就可以确定模糊控制器的规则了。模糊规则是基于专家知识，或手动熟练操作人员长期积累的经验，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规则的确定是模糊控制器设计的关键一步，它是模糊控制器的工作依据，是专家经验的体现。模糊规则通常由一系列的关系词连接而成，最常用的关系词为ｉｆ－ｔｈｅｎ，ａｎｄ，ｏｒ等。本文模糊控制器的输出为ＫＰ’、ＫＩ’、ＫＤ’，由一组模糊规则来决定：
表２．１
ｊ｛Ｋｐ’＼
ＫＰ?的模糊控制规则表
ｌ
ｅｇ
７
划．
ＮＢ
ＮＢ
ＮＭ
ＰＢＰＢ
ＮＳＺＥＰＳ
ＰＭ
ＺＥＺＥＮＳ
ＰＢ
ＰＢＰＢ
ＰＭＰＭＰＭ
ＰＳＺＥＮＳ
ＰＭ
ＰＳＰＳＺＥＮＳ
ＰＳＰＳＺＥＮＳＮＳ
ＺＥＮＳＮＳ
ＮＭ
ＮＳＺＥＰＳ
ＰＭＰＭ
ＰＳＰＳＺＥ
ＰＭＰＭ
ＰＳＺＥＺＥ
ＮＭＮＭ
ＮＭＮＭ
ＮＢＮＢ
ＰＭ
ＰＢ
ＮＭＮＭ
ＮＭＮＭ
ＮＭ
ＮＢ
ＮＭ
表２．２ＫＩ’的模糊控制规则表
＼ｅｃ’
刈
ＮＢ
Ｋｉ，｛
ＮＢＮＢＮＢＮＢ
ＮＭ
ＮＢＮＢ
ＮＳＺＥＰＳＮＳＮＳＺＥＰＳＰＳ
ＰＭ
ＺＥＺＥＰＳ
ＰＢＺＥＺＥＰＳ
ＮＭＮＭ
ＮＳＮＳＺＥＰＳＰＳ
ＮＭ
ＮＳＮＳＺＥＰＳＰＳ
ＮＭ
ＮＳＺＥＰＳ
ＮＭＮＭ
ＮＳＺＥＺＥ
ＮＭ
ＮＭ
ＺＥＺＥ
ＰＭＰＭ
ＰＢＰＢ
ＰＭ
ＰＢＰＢＰＢ
ＰＭ
ＰＢ
ＰＭＰＭ
ＰＭ
表２．３ＫＤｔ的模糊控制规则表
Ｉ
ｅｃｔ
划．
ＮＢ
Ｋｄ＇ｌ
ｌ
ＮＢＰＳＰＳ
ＮＭ
ＮＳＮＳ
ＮＳＮＢＮＢ
ＺＥＮＢ
ＰＳＮＢ
ＰＭＮＭ
ＮＳ
ＰＢＰＳＺＥ
ＮＭ
ＮＭＮＭ
１２
Ｋ安大学硕±学位论文
惑
ｎ
ＰＭｚＥＮｓＮＳＮＳＮｓＮＳＮＳｎ№腭ＰＳＰＳＰＳｎ
Ｉ，ＫＰ’、Ⅺｔ、ＫＤ嘟各有４９条规则。模糊控制规则见表２ｌ，２．２，２．３。根据表２
２．２．２．３可以得出以下４９条模糊控制规则（注：为表示方便，规则中将五个变量分别表示为ｅ、ｅｃ、ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ，但都表示整定值，相当于文∞’等）：
Ｉ
２
３Ｉｆ（ｅｉｓＮＢ）ａｎｄ（ｃｅｉｓＮＢ）ｔｈｅｎ（ＫｐｉｓＰＢ）（ＫｉｉｓＮＢ）（ＫｄｉｓＰＳ）Ｉｆ扣ｉｓＮＢ）ａｎｄ（ｅｃｉｓＮＭ）ｔｈｅｎ（ＫｐｉｓＰＢ）∞ｉｓ／＇ｎ３）（ＫｄｉｓＮＳ）Ｉｆ（ｅｉｓＮＢ）ａｎｄ（ｃｃｉｓＮＳ）ｔｈｅｎ（ＫｐｉｓＰｌＹ０（ＫｉｉｓＮＭ）（ＫｄｉｓＮＢ）
４９Ｉｆ（ｅｉｓＰＢ）ａｎｄ∽ｉｓＰＢ）ｔｈｅｎ（ＫｐｉｓＮＢ）（ＩＯｉｓＰＢ）（ＫｄｉｓＰＢ）
根据Ｍａｍｄａｎｉ模糊推理方法，模糊控制的输出曲面如图２．６所示：ｉ）ＫＰ的输出曲面
第＝章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
５
｛Ｏ
ｃ）ＫＤ的输出曲面
圈２．６Ｍａｍｄａｎｉ模糊推理规则输出曲面
２．２．３．５模糊控制器总体结构
用ＭＡＴＬＡＢ为上述模糊推理过程进行仿真。反模糊化方法采用质心法。根据Ｍａｍｄａｎｉ模糊推理方法设计的模糊控制器的整体结构见图２７：圈２．７模糊控制器整体结构图
长安大学硕士学位论文
２．３电动汽车驱动系统模糊ＰＩＤ控制仿真与分析
２．３．１电动汽车仿真环境介绍
由于受试验技术及试验条件的限制和计算机技术的飞速发展，计算机仿真技术在汽车技术中应用越来越广。电动汽车是一个包括许多子系统的复杂系统，技术涉及许多学科领域。电动汽车的计算机仿真研究不仅可以完成设计任务，而且可以对系统进行优化。
为减少仿真计算编程的工作量，缩短研究和开发周期，使精力主要集中于系统建模的合理性与正确性上，大多数的采用通用仿真工具，如ＭＡＴＬＡＢ／Ｓ嗍Ⅱ，肿（等。ＭＡＴＬＡＢ是目前世界上最为流行的软件之一，它提供一个专门用于控制系统模型输入与仿真工具－－ＳＩＭＵＬＩＮＫ，它是一个用来对动态系统建模、仿真和分析的软件包，支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持多种采样频率的系统，与传统的仿真软件（用微分方程和差分方程建模）相比，具有更直观、方便、灵活等特点【２８】。２．３．２电动汽车双闭环调速系统的模糊ＰＩＤ仿真
２．３．２．１电动汽车电机模型
１）电机数学模型
直流电机的等效原理图如图２．８所示，Ｅ为电机的反电动势，Ｒ为电机电枢回路的电阻，Ｉｄ为电枢电流，Ｕｄ０为电机两端的端电压，Ｌ为电机的电感，ｎ为电机转速【１４】。
＋国叫］
Ｒ．《ｌ｝一…………——…………——…ｊＵｄＯ
图２．８直流电机等效电路丁一面．爹．．．．ｉｉｉｉ！ｉｉｉ箩ｎ，Ｔｅ
直流电机电枢回路电压平衡方程式为：
Ｕｄｏ－－一Ｅ＋ＩｄＲ＋Ｌ等
由式（２．３）得：（２．３）Ｕｄｏ－－Ｅ＝Ｒ（Ｉｄ＋王百ｄｉｄ）
式中：Ｔｌ＝Ｌ／Ｒ为电枢回路电磁时间；（２．４）
Ｅ＝Ｃｅ毒ｎ为额定励磁下电动机的反电动势；
在零初始条件下对式（２．４）进行拉氏变换得
１５
Ｉ＋Ｓｊ）６．２（
第二章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
Ｕｄｏ（Ｓ）一Ｅ（Ｓ）＝ＲＩｄ（Ｓ）（１＋王ｓ）
整理后，可得传递函数：（２．５）丽Ｉｄ（Ｓ）Ｕｄｏ（ｓ）一Ｅ（Ｓ）＝旦Ｔ、７忽略粘性摩擦，转矩平衡方程式为：
Ｔｃ一玉＝罢?面ｄｎ
式中：Ｔｃ＝Ｃｍ＋Ｉｄ为额定励磁下的电磁转矩；
ＴＩ＝Ｃｍ＊Ｉｌ是包括电机空载转矩在内的负载转矩，Ｉｌ为负载电流；
ＧＤ２为电力拖动系统部分折算到电动机轴上的飞轮惯量；
Ｃｍ＝ＴＪＩｄ＝３０＊ＣＪｐｉ为电动机额定励磁下的转矩电流比；（２．７）
把Ｔｃ、Ｔｌ代入上式并整理得：
卜卜瓦ＧＤ２?罢＝器?１Ｒ?ｄＥｄｔ＝ｌＲ蛔）ｑ丁Ｔｍ＝暴舳批躲躺舭帅撇
在零初始条件下对上式进行拉式变换得：ｄＥｄｔ（２．８）
将式（２．６），式（２．９）的输入输出量连接起来，并考虑到ｎ＿Ｅ／Ｃ。，则可得到额定励磁下直流电动机的数学模型。一＝一Ｉｄ（Ｓ）一Ｉｉ（Ｓ）ＴｍＳ里盟：旦Ｙ－（２．９）ＩＺ、７
２）ＳＩＭＵＬＩＮＫ下电机仿真模型的建立
根据上述数学模型及给定参数，建立如图２．９所示的仿真模型。
Ｃ●
图２．９电机仿真模型
３）电机仿真模型正确性的验证
电机额定电压为２２０Ｖ，所以如果给电机加上２２０Ｖ的阶跃信号，电机转速为３０００ｒ／ｍｉｎ左右，仿真结果如图２．１０所示。１６
忙宣大学硕±学位论文
图２．１０额定电压下电机的转速
所以该电机模型是正确的。
２．３．２．２整流装置的传递函数
晶闸管整流装置的输入量是触发电路的控制电压，输出量是电枢电压。如果在一定的范围内将非线性特性线性化，就可以把它看成一个滞后时间较小的纯滞后环节，因此，一般情况下，把它近似成一阶惯性环节
ｗｒｓｌ；—！！Ｌ’Ｉ》＋１
式中：Ｔｓ：晶闸管整流装簧的失控时间（２１０）
ｂ：整流装置的放大系数
２．３．２．３模糊ＰＩＤ控制器
模糊ＰＩＤ控制器的设计以Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的模糊工具箱ＦＩＳＥｄｉｔｏｒ为基础，通过对ＫＰ、ＫＩ、ＫＤ参数的修改来实现的，其中输入、输出变量隶属函数的选择和模糊规则的确定已在２．２３节做了详细的说明。模糊ＰＩＤ控制器的结构如图２１１所示。
斗｝一．岜兰裂；ｊ卜．【图２．１ｌ模糊ＰⅢ控制器结构图厂唯’——————————下＿习ｚｈ
第＝帝电动汽车电机％动系统控制策略研究
２．３．２．４双闭环调速系统模糊ＰＩＤ控制模型
根据经典的直流电动机双闭环调节系统的结构，考虑到外环转速环是决定控制系统的根本因素，而内环屯流环主要起改变电机运行特性以利于外环控制的作用ｆ１２，ｉｓ］，本文在建立直流电机取闭环调速系统的模糊控制模型中，转速环采用模糊ＰＩＤ控制器．而内环仍然采用传统的ＰＩＤ调节器。
基于模糊ＰＩＤ控制的整个调速系统的模型如图２１２所示。
广—专纛卜＿＿翅＿—］
图２．１２双闭环直流调速系统的控制模型
２．３．３电动汽车驱动控制系统仿真结果分析
模型建好之后，输入相应的参数，就可以在ＳＩＭＵＬＩＮＫ中进行仿真了。由图２１３，可以看出，模糊ＰＩＤ双闭环调速系统在无负载情况Ｆ输出的电机转速与电机模型的理想转速基本一致，但响应时Ｍ较长。在ｔ两ｓ时突加负载（如圈２１４所示），转速发生突降，但又能迅速恢复到平衡状态，稳态运行时无静差，这证明了模糊ＰＩＤ控制簧略的有效性。
存奉仿真中对常规Ｐ１Ｄ双闭环系统和模糊ＰＩＤ双闭环系统进行了对比。图２１５给出了电机启动转速变化的仿真结果，从结果柬看，采用模糊ＰＩＤ控制器的控制效果明显好于常规ＰＩＤ控制器的控制效果。模糊ＰＩＤ烈闭环调速系统的快速性好，并且超调量小。
圈２１３无负载时电机转速变化曲线
长安大学硕±学位论文
圉２．】５启动性能比较
仿真结果表明，模糊Ｐ１Ｄ控制器与常规ＰＩＥ）控苇０器相比，由于模糊规则推理中蕴涵了人的经验和智慧，通过模糊ＰＩＤ控制器来自动调节ＫＰ，ＫＩ、ＫＤ三个参数，使控制器具有更好的功能，而且协调各项性能指标优于常规ＰＩＤ控制器，从而取得了满意的系统动、稳态性能。
２．４本章小结
本章介绍了模糊控制理论、ＰＬＯ控制器的优缺点咀及模糊ＰＩＤ控制器原理。
首先，根据模糊控制原理，以电动汽车行驶时的车速与电动机的转速之间的偏差。以及偏差变化率ｅｃ作为系统的输入变量，以模糊ＰＩＤ控制器的ＫＰ’、ＫＩ。、ＫＤ。作为系统的输出变量，计算出永磁直流电动机的控制电流，从而实现电动汽车驱动系统的模糊ＰＩＤ控制。
其次，对输入变量、输出变量等控制参数模糊化，确定输入变量ｅ、ｅｃ，输出变量ＫＰ、Ⅺ、ＫＤ等控制参数的论域，以及输入变量和输出变量的隶属函数。再次，根据Ｍａｍｄａｎｉ模糊推理方法，设计模糊控制规则，在ＭＡＴＬＡＢ下观测其模
第二章电动汽车电机驱动系统控制策略研究
糊控制输出曲面，在模糊ＰＩＤ控制器下确定该控制系统的模糊控制规则。
最后，根据Ｍａｍｄａｎｉ模糊推理方法和模糊控制规则设计出模糊ＰＩＤ控制器，以实现电动汽车永磁直流电动机驱动系统的模糊控制。
长安大学硕士学位论文
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
电机控制器的主要功能是采集与电机运行相关的控制输入信号，以及部分运行参数，通过采用合理的控制算法处理这些信号，调节控制主回路接触器以及驱动单元中功率元件（ＩＧＢＴ）的通断来快速准确的完成对电机转速的调节和再生制动能量回馈的控制，以满足汽车行驶工况和提高能量利用率的要求。对电机控制器的要求如下【２，９，５０ｌ：
１．在驾驶员操纵加速踏板时，能快速响应驾驶员对加速踏板操纵的变化，快速准确完成对电机特性的调节。
２．能快速、高效完成再生制动能量的回收。
３．采集与电机控制相关的信号和检测电动汽车运行的相关参数。包括：电机转速，蓄电池组电压，蓄电池组电流，电机端电压，电机电枢电流，电机温度，加速踏板信号，制动踏板信号，车速。
４．能和外部设备进行数据通讯功能，完成相关监测信号的显示。包括：电机转速，蓄电池组电压，蓄电池组电流，电机端电压，电机电枢电流，车速，电机温度。
５．坚固。在振动条件下，零部件无松脱工作正常；能在高低温工作条件下正常；能抗电磁干扰。
６．安全保护。电机控制器的监测电压、电流和电机温度超过所设最大值时控制器自动停止工作。
３．１电动汽车控制系统硬件整体结构
本课题设计的电动汽车电机控制系统的硬件结构如图３．１所示，由一台永磁直流电动机和以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心的控制器构成。直流电源由铅酸电池组提供。功率模块为德国优派克（Ｅｕｐｅｃ）公司生产的ＦＦ８００Ｒ１２ＫＦ４模块。电动汽车驱动系统主电路采用风冷散热系统，以保证能及时带走工作时产生的热量。电枢电流通过霍尔感应电流传感器ＬＡ２００．Ｐ检测，检测精度可达士Ｏ．５％。电流信号经过低通滤波处理后送入ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＡＤＣ（模拟数字变换器）。同时，蓄电池组的电压和电流也通过互感器检测并处理，送入ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＡＤＣ。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的４路ＰｗＭ输出经驱动、隔离后，用于驱动ＦＦ８００Ｒ１２ＫＦ４。此外，还可以设计液晶和键盘接口电路方便用户在调试过程中与控制器之间进行信息交互，如输入给定信号、更改ＰＩＤ参数等等。而且，通过ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内部的ＡＤ通道采集电子油门的信号制动踏板信号；通过ＣＡＮ总线在电动汽车内部各系统中传递各种运行状态量；通过ＲＳ－２３２将系统的各种信号参数送入２ｌ
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
上位机，上位机可以通过功能强大的软件记录、保存、分析和修改这些参数，为系统的调试和升级提供方便。
图３．１电机控制器的硬件结构框图
３．２主控制器选型
３．２．１控制器选型
为了提高系统的可靠性，硬件设备要尽可能紧凑。在满足功能的前提下，硬件模块越少越好。使用高性能的数字信号处理器（ＤｓＰ）来解决电机控制器不断增加的计算量和速度需求是目前最为普遍的做法【９】。
首先，与单片机相比，ＤＳＰ器件具有较高的集成度。ＤＳＰ共有更快的ＣＰＵ更大容量的存储器，内置有波特率发生器和ＦＩＦＯ缓冲器，提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了Ａ／Ｄ和采样／保持电路，可提供ＰＷＭ输出。更为不同的是，ＤＳＰ器件大多数指令都能在一个周期内完成，并月通过并行处理技术，使一个指令周期内可完成多条指令。同时ＤＳＰ采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。又配有内置高速硬件乘法器、多级流水线，使ＤＳＰ器件具有高速的数据计算能力。而单片机为复杂指令系统计算机（ＣＩＳＣ），多数指令要２￣３个指令周期来完成。单片机采用冯诺依曼结构，程序和数据在同一空间存取，同一时刻只能单独访问指令和数据。ＡＬＵ只能做加法，乘法需要由软件来实现，因此占用较多的指令周期，
长安大学硕士学位论文
也就是说速度比较慢。所以，结构上的差异使ＤＳＰ器件比准１６位单片机单指令执行时间快８～１０倍，完成一次乘法运算快１６－－３０倍。ＤＳＰ器件还提供了高度专业化的指令集，提供了ＦＦＴ快速傅立叶变换和滤波器的运算速度。此外，ＤＳＰ器件提供了ＪＴＡＧ（ＪｏｉｎｔＴｅｓｔＡｃｔｉｏｎＧｒｏｕｐ）接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便。
其次，基于ＤＳＰ芯片制造的电机控制器可以降低对传感器等外围器件的要求。通过复杂的算法达到同样的控制性能，降低成本，可靠性高，有利于专利技术的保密。ＴＭＳ３２０Ｆ２８ｘ作为ＴＩ公司新一代数字电机控制器的专用ＤＳＰ系列，可支持用于电机控制的指令产生、控制算法处理、数据交流和系统监控等功能。集成化ＤＳＰ核、最佳化电机控制器事件管理器和单片式Ａ／Ｄ设计一等诸多功能块加在一起，就可以提供一个单芯片式数字电机控制方案。
第三，ＤＳＰ运算速度快，控制策略中可以使用先进的实时算法，如自适应控制、卡尔曼滤波、状态预估等，大大提高控制系统的品质。而且ＤＳＰ控制较件可用Ｃ语言、汇编语言编写或者二者嵌套使用。因此采用ＤＳＰ芯片制造的电机控制器便于用户的调试和应用。
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２由于具有很强的控制电机的能力以及其本身的强大功能，因此选用该芯片作为本课题的控制芯片。
３．２．２ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２简介
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是美国德州仪器公司（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
ＳｉｇｎａｌＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，简称ＴＩ公司）推出的新一代３２位定点数字信号处理器（ＤｉｇｉｔａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ，简称ＤＳＰ），该芯片
每秒可执行１．５亿次指令（１５０ＭＩＰＳ），具有单周期３２位×３２位的乘和累加操作（ＭＡＣ）功能。Ｆ２８１２片内集成了１２８ＫＸ１６位的闪速存储器（Ｆｌａｓｈ），可方便地实现软件升级；此外，片内还集成了丰富的外围设备，例如：采样频率达１２．５ＭＩＰＳ的１２位１６路Ａ／Ｄ转换器，面向电机控制的事件管理器，以及可为主机、测试设备、显示器和其他组件提供接口的多种标准串口通信外设等。可见，该芯片既具备数字信号处理器卓越的数据处理能力，又像单片机那样具有适于控制的片内外设及接口，因而又被称为“数字信号控制器’’（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，简称ＤＳＣ）。
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２与ＴＭＳ３２０Ｆ２４ｘ／ＬＦ２４０ｘ的原代码和部分功能相兼容，一方面保护了１ＭＳ３２０Ｆ２４ｘ／ＬＦ２４０】【升级时对软件的投资；另一方面扩大了ＴＭＳ３２０Ｃ２０００的应用范围，从原先的普通电机数字控制拓展到高端多轴电机控制、可调谐激光控制、光学网络、电力系统监控和汽车控制等领域【４１’４２１。
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
图３．２ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２结构框图
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的主要特性如下：
（１）最小时钟周期为６．６７ｎｓ（时钟频率高达１５０ＭＨｚ），支持动态的改变锁相环的频率；
（２）高性能的３２位中央处理器，可作１６位ｘ１６位和３２位ｘ３２位乘且累加操作（适合ＦＦＴ运算），哈佛总线结构，线性程序地址和数据地址均达４兆字，代码高效，可用Ｃ／Ｃ＋＋或汇编语言；
（３）片内存储器容量较大，具有１８Ｋ的ＳＡＲＡＭ和１２８Ｋ的Ｆｌａｓｈ，仿真调试时，一般无需外扩ＲＡＭ：
（４）３个３２位的ＣＰＵ定时器，３个外部中断，中断向量可达９６个；
（５）两个事件管理器（ＥＶＡ、ＥＶＢ），且与Ｃ２４０系列兼容；
（６）一个串行外围接口（ＳＰＩ），两个串行通信接口（ＳＣＩ），一个增强型区域网络控制器（ｃＣＡＮ），一个多通道缓冲串行口（ＭｃＢｓＰ）；
（７）１６通道、１２位的Ａ／Ｄ转换器；（８）５６个独立的可编程、多用途通用输入／输出（ＧＰＩＯ）引脚。
长安大学硕士学位论文
３．３控制器周边电路设计
３．３．１晶振电路
晶振电路用于向ＣＰＵ及其他电路提供工作时钟。为了提高效率，将ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２工作在最高系统时钟频率１５０ＭＨｚ。外接３０ＭＨｚ有源晶振，通过ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内部锁相环（ＰＬＬ）５倍频，便可得到１５０ＭＨｚ（３０ＭＨｚｘ５）的系统时钟频率。
具体电路如图３．３所示，采用外部时钟源操作的方式，该方式允许旁路内部振荡器，由外部时钟源提供时钟信号即图中ＸＣＬＫＩＮ信号，将ＸＣＬＫＩＮ信号输入到ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片上的Ｘ１／ＸＣＬⅪＮ引脚。
Ｕ“Ｕ
图３．３晶振电路
３．３．２ＪＴＡＧ仿真接口
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＣＰＵ含有高级仿真特性所需的硬件扩展，它不需要传统仿真系统所必需的昂贵的连接到处理器引脚的接插设备，这为复杂的调试和经济的系统设计提供了简单、便宜和快捷的途径。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＪＴＡＧ仿真接口是符合ＩＥＥＥｌｌ９４．１的标准仿真接口，各引脚定义及电路见图３．４。
ＪＴＡＧ
ｌ一１赢蕞爵ｌ；豆罾
５
７
多
１ｌ
１３Ｄｅ；５ＤＯａＫ８１０１２似嬲瑚弧弧～∞卿帅∞㈣刚ｍ卿ｍ№ｍ州ａ
ｍＫ眦
图３．４，ＩＦＡＧ接口电路
３．３．３复位电路
仪器上电和出现异常时，需自动复位来启动仪器正常工作。本文采用Ｘｉｃｏｒ公司生产的Ｘ５０４３芯片来实现仪器的自动复位功能。
芯片Ｘ５０４３把四种常用的功能：上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁（ＢｌｏｃｋＬｏｃｋ）保护的串行ＥＥＰＲＯＭ存储器组成在一个封装之内。这种组合降低了系
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
统成本，减小了电路板空间和增加了可靠性。向芯片Ｘ５０４３加电时激活了上电复位电路，它保持ＲＥＳＥＴ信号有效一段时间。这可使电源和振荡器稳定，然后微处理器再执行代码。看门狗定时器对微处理器提供了一个独立的保护机制，当系统有故障时，在可选的超时周期之后，芯片Ｘ５０４３将激活ＲＥＳＥＴ信号，用户可以从三个预置的值中选择一个超时时间。一旦选定，即使在断电后重启电源时也不会改变。芯片Ｘ５０４３对其电源电压ＶＣＣ进行监视，若出现ＶＣＣ降到最小ＶＣＣ转换点以下时复位信号ＲＥＳＥＴ被激活，系统复位，信号ＲＥＳＥＴ一直持续到ＶＣＣ回到正常工作电压并且稳定为止。Ｘ５０４３的存储器部分是具有Ｘｉｃｏｒ块锁保护的ＣＭＯＳ４Ｋｂ串行ＥＥＰＲＯＭ，该阵列内部的组织是×８。该芯片具有ＳＰＩ接口的特性，其软件协议允许工作在一个简单四线总线上。芯片Ｘ５０４３可进行１００００００次以上的擦写和最少为１００年的数据保存期。
图３．５是本文设计的Ｘ５０４３与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的接口电路。
ＧＰｌ０Ｆ５１５７
４ｌ
３４
Ｓｌ
１６０ＳＰＩＳＯＭＩＡＳＰＩＳＩＭＯＡＳＰＩＣ【ＸＡ矿一由ＳＣＫ脚／ＲｓＳＯＶＳＳ酱ｆＶＣＣ，ＣＳ肆
图３．５Ｘ５０４３与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的接口电路
图３．５中，Ｘ５０４３的电源电压ＶＣＣ为３．３Ｖ，最小ＶＣＣ转换点为２．７Ｖ。Ｘ５０４３采用四线的ＳＰＩ接口与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２相连接进行数据交换，其ＳＰＩ接口与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＳＰＩ接口完全兼容。图中ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２设置为主机模式，Ｘ５０４３默认为从机模式。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的Ｉ／Ｏ口ＧＰＩＯＦ５用作Ｘ５０４３的片选信号。口为短路块，通过短路块可以使能或禁止Ｘ５０４３的复位信号ＲＥＳＥＴ，方便调试。
３．３．４数据存储部分
由于ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内部１２８Ｋ×１６位Ｆｌａｓｈ已足够本课题使用，所以并未设计外部Ｆｌａｓｈ电路，仅设计了外部ＲＡＭ电路。
数据存储部分采用ＩＣＳＩ公司生产的ＩＳ６１ＬＶ２５６１６芯片【４６１，该芯片是４兆位的高速静态ＲＡＭ，无时钟和刷新要求，能在２．５Ｖ＇－－＇３．６Ｖ下正常工作，工作温度范围为工业级。当ＩＳ６１ＬＶ２５６１６的ＣＥ为高电平时，器件采取备用工作模式（该模式下的电力消耗能够下降到ＣＭＯＳ输入水平）。芯片的使能端（ＣＥ）和输出使能控制端（ＯＥ）控制着该芯片的
２０．Ａ蔬
长安大学硕士学位论文
使用。ＷＥ控制该芯片的读写信号。ＵＢ和ＬＢ决定了要存取的数据位。
图３．６是本文设计的ＩＳ６１ＬＶ２５６１６与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的接口电路。
Ｎ饕—牟ＡＯ…，甲３瑚
Ｎ饕—牟Ａ３瑚＼婴！ＡＩ
Ａ２一ｉ）２
Ｎ罢—牟”啪Ｎ尝—｝菇式Ｎ孚—毒一～Ａ４～１０４
Ｎ訾—导鬲秭Ｎ尝—乒淼函
Ｕｌ＼垒！；堑．嚣茜
｛。＼ＡＩ；，２．５．Ⅳｏ赢
｛Ｎ磐—罢一Ｘ芝若趁
Ｎ婴—票一蕊荔蔷若矗
ｉＮ磐——；；一Ｘ磊Ｎ黑—｛｝一蕊…若菇
｛Ｎ善—＊ＸｉＶＮ黑—｛｝一Ｘ诺
＼△！！Ｘ旌葛自啦●剪１３３鸳鬲；
ｘＷＢ跗．；１７砚）∞４２４１诡鬲
｜Ｆ孥囊
７
图３．６ＩＳ６１ＬＶ２５６１６与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的接口电路
由于电力电子器件的发展，ＰＷＭ调速系统近年来已发展成熟，在很多方面有很大的优越性。主电路简单，需要的功率元件少；开关频率较高，电流容易连续，电机损耗限和四象限三类。
Ｉ＋审ｑ】【
／，八Ｂ
曩３＼二／
ｊ‘一｜
Ｉ］ｑｊ【
一＋
ａｂＣ图３．７嗍变换器结构形式
ａ）一象限ＰＷＭ变换器ｂ）二象限ＰＷＭ变换器ｃ）四象限ＰＷＭ变换器３．４系统主电路设计及其驱动电路设计３．４．１系统主电路设计和发热较小；调速范围宽；系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，电能转换效率高的优越性。同时控制系统主控制器芯片为ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，带有１２个ＰＷＭ单元，所以直接采用ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２自带的ＰＷＭ单元。如图３．７所示，适合于电动汽车直流电机控制的ＰＷＭ变换器主要有一象限、二象
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
图ａ所示的是一象限ＰＷＭ变换器，它的特点是结构简单，控制电路由一个门极可关断晶体管和一个续流二极管组成。由于在这种结构中电机电枢的电流不能反向流动，因而它不能工作在制动状态，只能作单象限运行。图ｂ所示的是二象限ＰＷＭ变换器，与图ａ所示的一象限ＰＷＭ变换器相比，二象限ＰＷＭ变换器增加了一个门极可关断晶体管和一个续流二极管，两个门极可关断晶体管交替开关，因而可以使电机电流电流反向流动，产生制动作用。一象限和二象限ＰＷＭ变换器控制系统中电机只能单象限运行，不能反转。图Ｃ所示的是四象限ＰＷＭ变换器，控制电路由四个门极可关断晶体管和四个续流二极管组成，与一象限和二象限ＰＷＭ变换器相比，它的特点是电机能实现正反转工作，可以在四个象限运行。
由于电动汽车需要能实现前进和倒车，同时还需要电机能实现再生制动，这时需要使用可逆ＰＷＭ系统，但由于双极性驱动只用于中小功率直流电动机，因此选用单极性驱动可逆ＰＷＭ系统。
单极性驱动是指在一个ＰＷＭ周期里，电动机电枢的电压极性呈单一性（或者正、或者负）变化【２１１。
肜
图３．８Ｈ型单极可逆ＰＷＭ驱动系统
单极性驱动电路有两种，一种称为Ｔ型，它由两个开关管组成，采用正负电源，相当于两个不可逆系统的组合，由于形状像横放的“Ｔ’’字，所以称为Ｔ型。Ｔ型单极性驱动由于电流不能反向，并且两个开关管动态切换（正反转切换）的工作条件是电枢电流等于零，因此动态性能较差，很少采用‘４８＇４９】。
２８
长安大学硕士学位论文
另一种称为Ｈ型，其形状像“Ｈ’’字，也称桥式电路。Ｈ型双极性驱动应用较多，本课题也选用此型电路。
图３．８是Ｈ型单极可逆ＰＷＭ驱动系统。它由４个开关管和４个续流二极管组成，单电源供电。当电动机正转时，Ｖ１开关管根据ＰＷＭ控制信号同步导通或关断，而Ｖ２开关管则受ＰＷＭ反相控制信号控制，Ｖ３保持常闭，Ｖ４保持常开。当电动机反转时，Ｖ３开关管根据ＰＷＭ控制信号同步导通或关断，而Ｖ４开关管则受ＰＷＭ反相控制信号控制，Ｖ１保持常闭，Ｖ２保持常开。
当要求电动机在较大负载情况下正转工作时，平均电压Ｕａ大于感应电动势Ｅａ。在每个ＰＷＭ周期的０－－＇ｔｌ区间，Ｖ１导通，Ｖ２截止，电流Ｉａ经Ｖ１、Ｖ４从Ａ到Ｂ流过电枢绕组，如图３．８中的虚线１。在每个ＰＷＭ周期的ｔｌ＇－－ｔ２区间，Ｖ２导通，Ｖ１截止，电源断开，在自感电动势的作用下，电机经二极管ＶＤ２和开关管Ｖ４进行续流，使电枢中仍然有电流流过，方向是从Ａ到Ｂ，如图３．８中的虚线２。这时由于二极管ＶＤ２的箝位作用，Ｖ２实际不能导通。电流波形见图３．９（ａ）。
当电动机在进行减速运行时，平均电压Ｕａ小于感应电动势Ｅａ。在每个ＰＷＭ周期的０＂－－ｔｌ区间，在感应电动势和自感电动势共同作用下，电流经二极管ＶＤ４、ＶＤｌ流向电源，方向是从Ｂ到Ａ，如图３．８中虚线４，电动机处在再生制动状态。在每个ＰＷＭ周期的ｔｌ＇－－ｔ２区间，Ｖ２导通，Ｖ１截止，在感应电动势的作用下，电流经ＶＤ４、Ｖ２仍然是从Ｂ到Ａ流过绕组，如图３．８中虚线３，电动机处在耗能制动状态。电动机减速时的电流波形如图３．９（ｂ）所示。
４●色３
√，－１
／＼，，一Ｕ
／，＼—，１／，１／／Ｖ＼一一
图３．９Ｈ型单极性可逆ＰＷＭ驱动电流波形
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
当电动机轻载或空载运行时，平均电压Ｕａ与感应电动势Ｅａ几乎相等。在每个ＰＷＭ周期的０＂－－ｔｌ区间，Ｖ２截止，电流先是沿虚线４流动，当减小到零后，Ｖ１导通接通电源，电流改变方向，沿虚线１流动。在每个ＰＷＭ周期的ｔｌ～ｔ２区间，Ｖ１截止，电流先是沿虚线２续流，当续流电流减小到零后，Ｖ２导通，在感应电动势的作用下，电流改变方向，沿虚线３流动。因此，在一个ＰＷＭ周期中，电流交替呈现再生制动、电动、续流电动、耗能制动四种状态，电流围绕着横轴上下波动，如图３．９（ｃ）所示。
由此可见，单极性可逆ＰＷＭ驱动的电流波动较小，可以实现四个象限运行，是一种应用非常广泛的驱动方式。但使用时要注意加“死区＂，避免同一桥臂的开关管发生直通短路。系统电路原理图如图３．１０所示：
图３．１０系统主电路图
该电路由四只高频电力电子器件ＩＧＢＴ两两串联连接而成，ＶＤｌ．ＶＤ４为超快恢复二极管，具有良好的续流能力。通过对其有规律的通断控制实现对输出电压和频率的控制。图中，蓄电池Ｖｃｃ输出恒定的直流电压，滤波器Ｃ１、Ｃ２起直流稳压滤波作用，由于其数值比较大（３３００ｕｆ／２５０Ｖ），且仅对低频浪涌电压起作用，为更有效地吸收浪涌电压（ＩＧＢＴ关段时产生的尖峰电压），主电路中并联了小电容Ｃ（０．５ｕｆ／ｌＯＯＯＶ），以保护ＩＧＢＴ不被击穿。
３．４．２系统驱动电路设计
驱动电路的作用是将主控制器ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＰＷＭ单元输出的控制信号隔离、放大以驱动功率器件ＩＧＢＴ。现在，目前市场上已有许多品种大电流高电压的ＩＧＢＴ专用驱动３０
长安大学硕士学位论文
模块可供选择。系统采用分立式ＩＧＢＴ作为逆变元件，若采用分立式驱动电路ＩＧＢＴ虽较经济，但很难取得良好的性能，特别是由于ＩＧＢＴ内寄生晶体管、寄生电容的存在，门极信号易受主电流影响等原因，使驱动电路设计复杂，另外由于ＩＧＢＴ仅能抵抗１０ｌａ８的过电流，所以必须具有极快的保护电路，为此控制系统采用富士电机公司ＥＸＢ８５０系列驱动器，其内置过电流保护的集成电路构成栅极驱动电路。
吼一
图３．１１ＥＸＢ８５０功能方框图
ＥＸＢ８５０的各引脚说明如下：接口１连接用于反向偏置电源的滤波电容；接口２为电源（＋２０Ｖ）：接口３为驱动输出；接口４用于连接外部电容，以防止过流保护电路误动作（绝大部分场合不需要电容。）；接口５为过流保护输出；接口６为集电极电压监视；接口９为电源（ＯＶ）；接口１４为驱动信号输入（＋），驱动信号输入（一）。
图３．１２ＩＧＢＴ驱动电路图
永磁直流电机的控制系统中，把ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的四路ＰＷＭ信号分别送到ＥＸＢ８５０的输入端１４引脚，对信号进行隔离放大，以提供开、关栅极电压。其６脚经过二极管接至ＩＧＢＴ的集电极，用作集电极电压的监视，该二极管的最大正反向恢复时间不大于ｌＯＯｎｓ，为降低ＩＧＢＴ的开关损耗和限流电流上升率，在其栅极串入电阻Ｒｇ，电容Ｃ２
３ｌ
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
用于吸收电源电压的变化。当ＩＧＢＴ发生严重过流时，或上下桥臂发生直通时，其集电极电位升高，此时ＥＸＢ８５０的５引脚电平变低，使光电耦合ＴＬＰ５２１输出过电流信号，其过电流信号经过光电耦合等接到ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２驱动保护引脚。同时ＥＸＢ８５０的内部低速过流切断电路慢速关断ＩＧＢＴ。ＥＸＢ８５０输出与ＩＧＢＴ栅一射极间的连线采用双绞线，其长度应小于ｌｍ，与防止干扰。如果ＩＧＢＴ的集电极产生大的电压脉冲，可增加ＩＧＢＴ的栅极电阻阻值Ｒｇ。
３．４．３系统功率驱动保护设计
功率驱动保护是给功率变换、电机驱动等系统提供的一个安全措施，它可以保护驱动电路，尤其是ＩＧＢＴ不受到电气、机械以及发热等的损坏。
３．４．３．１过压、欠压保护电路的设计
从ＩＧＢＴ的特性可知，当电源电压降低时，会因为其驱动功率不足而造成元件损坏，另外，当逆变器直流侧大电容两端欠压时，也应关闭逆变器，否则会导致ＩＧＢＴ永久损坏。当超过ＩＧＢＴ的安全电压工作电压时，就可能造成ＩＧＢＴ的损坏。欠压、过压的采样点均从功率换能电路大电容两端采样，保护电路原理图如图３．１３所示：
４－１，Ｖ
欠压信号
过压信号
＝
图３．１３欠压、过压保护电路
过压、欠压检测信号经过光耦元件ＯＰＴＯＩＳ０１送到保护电路与ＷＲｌ设定值以及ＷＲ２设定值比较，当发生欠压时，保护电路输出低电压，欠压指示灯ＬＥＤｌ亮，同时欠压信号送与非门，当发生过压时，过压指示灯ＬＥＤ２亮，同时过压信号送与非门，过３２
长安大学硕士学位论文
压信号和欠压信号送至ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的相应引脚。
３．４．３．２过流保护电路
过流保护电路包括短路和过流保护，控制回路、驱动回路误动作或误配线等都会造成逆变器上下桥臂直通短路事故。短路电流流过逆变器的开关元件会造成元件的烧毁，因此必须在极短的时间内（１－２ｐｓ）内封锁ＰＷＭ驱动信号输出，使逆变器停止工作，同时还应使输出侧电源开关跳闸。短路电流的整定值一般设置为逆变器输出电流的２００％．３００％，超过逆变器的额定电流２００％以上电流，应立即采取措施。当逆变器内部短路时，电流变化非常快，必须快速检测出过流信号。系统中采用霍尔元件快速检测电流，其检测点设置在逆变器输出电路上。过流保护电路如图３．１４所示，过流信号来自霍尔元件对逆变器输出电路的采样，但过流时，比较器ＣＡｌ３９输出低电平，光耦元件ＯＰＴＯＩＳ０１导通，输出高电平，经反向器４０１０６输出低电平，指示灯ＬＥＤ３亮，同时过流信号经与ｔ｝ｆ－Ｊ送至ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２引脚，使ＣＰＵ封锁ＰＷＭ驱动信号。
ｖ（Ｉ：
＝
图３．１４过流保护电路
串行通信电路设计
电动汽车驱动控制器与外部计算机的数据通信采用ＲＳ一２３２标准。ＲＳ．２３２标准用于３．５系统通信电路设计３．５．１近距离数据传输，接线方式灵活、简单。ＲＳ．２３２标准是由美国电子工业协会（ＥＩＡ）正式公布的，在异步串行通信中应用最广的总线标准，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定，适合于短距离或带调制解调器的通信场合。由于ＲＳ．２３２是早期（１９６９年）为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，与ＴＴＬ，ＭＯＳ逻辑电平完全不同。逻辑电平０为＋５Ｖ～＋１５Ｖ，逻辑电平ｌ为．５Ｖ～一１５Ｖ，
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
所以将上位机和单片机的ＲＸＤ和ＴＸＤ交叉连接时，必须进行电平转换。ＲＳ一２３２由于发送器和接收器之间具有公共信号地，不能使用双端信号，因此，共模噪声会耦合到信号系统中，这是迫使ＲＳ一２３２使用较高传输电压的主要原因。
该电路采用ＭＡＸＩＭ公司生产的ＭＡＸ３２３２芯片完成逻辑电平转换的任务【５ｌ】。芯片包含两路接收器和驱动器，适应于各种ＲＳ．２３２的通信接口。它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的＋５Ｖ电源电压变换成ＲＳ．２３２输出电平所需的士１０Ｖ电压。采用此接口芯片的串行通信系统只需单一的＋５Ｖ电源。硬件设计上采用３线制（ＲＸＤ、ＴＸＤ、ＧＮＤ）软握手的零ＭＯＤＥＭ方式。即将上位机和单片机的“发送数据线（ＴⅫ）＂与“接收数据线（砌①）＂交叉连接，二者的地线（ＧＮＤ）直接相连，其它信号线（如握手信号线）均不用。采用软件握手，这样既可以实现预定的任务，又可以简化电路设计，节约了成本。本设计的串行转换电路如图３．１５所示，是ＭＡＸ３２３２芯片应用的典型连接方法，使用了ＭＡＸ３２３２芯片的一路接收器和驱动器。
７
图３．１５串行接口电路
３．５．２ＣＡＮ通信电路设计
ＡｒｅａＣＡＮ全称为ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＮｅｔｗｏｒｋ，即控制器局域网，主要用于各种设备监测及
控制的一种网络，是国际上应用最为广泛的现场总线之一。最初，ＣＡＮ总线被德国Ｂｏｓｃｈ公司设计作为汽车环境中的微控制器通讯，在车载电子控制装置ＥＣＵ之间交换信息，形成汽车电子控制网络‘５劲。
ＣＡＮ可提供高达１Ｍｂｉｔ／ｓ的数据传输速率，这使实时控制变得非常容易。另外，硬件的错误鉴定特性也增强了ＣＡＮ的抗电磁干扰能力。
由于ＣＡＮ具有独特的设计思想，良好功能特性和极高的可靠性，现场抗干扰能力强。其在国外工业测控领域已经有了广泛的应用，现国内的许多工业控制领域也开始使用基于ＣＡＮ的现场总线。ＣＡＮ总线已成为最有发展前途的现场总线之一。
长安大学硕士学位论文
虽然ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２有内置的ＣＡＮ控制器，但必须与ＣＡＮ收发器连接才能具备收发功能。首先，ＣＡＮ收发器把ＣＡＮ控制器的逻辑电平转换成抗干扰能力强的差分电平，然后往ＣＡＮ总线上发送；接收时刚好相反，ＣＡＮ收发器接收到ＣＡＮ总线的信号后，转换成逻辑电平，送给ＣＡＮ控制器，完成接收过程。因此在设计中需采用Ｐｈｉｌｉｐｓ公司的ＰＣＡ８２Ｃ２５１来作为ＣＡＮ控制器与物理总线间的接口。
ＰＣＡ８２Ｃ２５１最初为汽车高速通信（最高达１Ｍｂｐｓ）应用设计。器件可以提供对总线的差动发送能力和对ＣＡＮ控制器的差动接收能力喳引。具体的电路连接如图３．１６所示。
＋５Ｖ
ｖｏｃｊ２，
Ｒ—』——吨萤瞬
叩＿Ｌ］ＤＰ－ｉ——叫霍豳固
鼍ｒ
图３．１６ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２与ＣＡＮ通信接口电路
３．６电平转换电路
ＤＳＰ芯片采用３．３Ｖ逻辑电平，而ＤＳＰ外围扩展的一些数字器件为５Ｖ逻辑电平，因此在本系统设计中，３．３Ｖ逻辑系统和５Ｖ逻辑系统共存，即３．３Ｖ逻辑电平、５ＶＴＴＬ逻辑电平、５ＶＣＭＯＳ逻辑电平在同一电路板上使用。不同电源电压的逻辑器件相互接口时会存在以下３个主要问题：
（１）加到输入和输出引脚上允许的最大电压的限制问题；
（２）两个电源间或输出脚的电压通常是有限制的；
（３）必须满足的输入转换门限电平问题。
一些引脚有二极管或分离元件接到ＶＣＣ。如果接入的电压过高，则电流将会通过二极管或分离元件流向电源。例如３．３Ｖ器件的输入端接上５Ｖ信号，则５Ｖ电源将会向３．３Ｖ电源充电。持续的电流将会损坏二极管和电路元件，这些情况将引起数据丢失和元件损坏。必须注意的是：不管是在３．３Ｖ的工作状态或是ＯＶ的等待状态都不允许电流流向ＶＣＣ。另外用５Ｖ的器件来驱动３．３Ｖ的器件有很多不同情况，同样ＴＴＬ和ＣＭＯＳ间的转换电平也存在不同情况。驱动器必须满足接收器的输入转换电平，并要有足够的容限和保证不损坏电路元件。在使用中有以下２个原则：
（１）通常，５ＶＴＴＬ器件可以驱动３．３Ｖ器件输入，因为典型双极晶体管的输出并不能达到电源电压幅度，当一个５Ｖ器件的输出为高电平时，内部压降限制了输出电压；
（２）用３．３Ｖ器件可驱动５ＶＴＴＬ的输入端。３５
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
在ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的电源电压为３．３Ｖ的情况下，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的输入输出引脚可与３．３Ｖ的ＣＭＯＳ电路直接相连；ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的输出可驱动５ＶＴＴＬ的输入端，但不能驱动５ＶＣＭＯＳ的输入端；５ＶＴＴＬ电路、５ＶＣＯＭＳ电路的输出需经过电平转换才能送给ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，否则可能损坏ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２芯片。
尽管本文设计中大部分ＤＳＰ外围扩展器件选择了３．３ＶＣＭＯＳ器件以简化电路，但仍使用了一些特定功能的５Ｖ器件。为了保护ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２和保证接口电平的兼容性，本文设计了电平转换电路。采用ＴＩ公司生产的电平转换芯片ＳＮ７４ＬＶＣ２４５Ａ作为电平转换器件，以保证对与ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２电平不兼容的信号进行电平转换。
ＳＮ７４ＬＶＣ２４５Ａ是ＴＩ公司生产的专用于ＤＳＰ系统的电平转换器件，采用３．３Ｖ供电，内部有８位的缓冲器，可用于８位信号的双向转换。
３．７电源电路
本文设计的电机控制器为数字和模拟混合设计，供电电源包括两个部分：数字电源和模拟电源。数字电源主要为ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２及其外围扩展器件供电，而模拟电源主要为ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２供电。本仪器中，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２需要３．３Ｖ数字电源和１．８Ｖ数字电源；外围器件ＤＡＣ７７２４、Ｘ５０４３、ＩＳ６１ＬＶ２５６１６等需要３．３Ｖ数字电源。因此，需要设计一个多电平输出、数字模拟混合的电源电路。
图３．１７是本文设计的电源电路。
强￥７６７Ｄ３１８
．．．．．＿Ｌ
２
５ｖｄ
。．．，ｌＲＳＴｌＧＮＤ，ｌＥＮ
ｌＩＮ
ｌＩＮ１０ＵＴ１０ＵＴ２８２７Ｔ一ＧｒＩＤｑｒ÷一—旷一２６２４１．８１１Ｃ５【ｂｋｋ
。下干３Ｐ。灞畦７
８
．Ｉ§２≥２２ｆ＝匕ｃＷ噜ｊ＿一１０ｕＦ＂－Ｉ－，窳ＳＴ２ＧＮＤ，２ＥＮ２ＩＮ２０ＵＴ
┃２Ｔ２１２Ｑ１９０ＧＩ，Ｉ３．３１１－１Ｆ１Ｉ一’’
寺Ｉ１２
ＧＮＤ０ｕＦ＝｛３６－－一－［２－Ｃｗ５．上┃１
１７５Ｖ３．３Ｖ及１．ＳＶ数字电源电路
１７中，符号５Ｖａ表示５Ｖ模拟电源，符号５Ｖｄ表示５Ｖ数字电源，１．８Ｖ和３．３Ｖ
长安大学硕士学位论文
拟电源和５Ｖ数字电源之间设计了滤波环节，由磁珠和滤波电容构成。图中的ＴＰＳ７６７Ｄ３１８是１ｒＩ公司生产的电源芯片【４７１，其输出为３．３Ｖ和１．８Ｖ两路电源电压，最大输出电流为１Ａ。
３．８硬件的抗干扰措施
硬件干扰的基本要素有三个：
１．干扰源：指产生干扰的元件、设备或信号。如雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。
２．传播路径：指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。
３．敏感器件：指容易被干扰的对象。如Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ变换器、ＣＰＵ、数字ＩＣ、弱信号放大器等。
因此，抗干扰设计的基本原则就是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能【５４】。
基于以上抗干扰设计的原则，在配料控制器的ＰＣＢ板设计时，应注意以下几点【２７】：１．抑制干扰源
１）每个ＩＣ并联一个０．０１ｐＦ～ｌｕＦ高频电容，以减少ＩＣ对电源的影响。
２）布线时避免９０度折线，减少高频噪声发射。
２．切断干扰传播途径
１）在系统各：签片的电源输入端增加滤波电路，减少电源噪声的干扰。
２）注意晶振佰线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起束，晶振外壳接地并固定。
３）电路板合理分区。强、弱信号，数字、模拟信号相隔离。尽可能把干扰与敏感元件远离。
４）在单片机口线，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件，如磁珠、磁环、电源滤波器、屏蔽罩等，可显著提高电路的抗干扰性能。
３．提高敏感器件的抗干扰性能
１）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。
２）布线时，电源线和地线要尽量粗。可减小压降，并降低耦合噪声。
３）将各芯片所有未用输入引脚全部接数字地，所有未用输出引脚全部接数字回路的电源。３７
第三章电动汽车电机驱动控制系统的硬件设计
４）ＩＣ器件尽量直接焊在电路板上，少用ＩＣ座。
３．９本章小结
本章详细介绍了电动汽车控制器的硬件设计。从模块化的角度，分电源、芯片外围电路、ＣＡＮ通信接口、串行通信接口、系统主电路等几大模块详细论述了所设计硬件电路的原理，并给出详细的硬件原理图。并在最后简要解释了系统的抗干扰措施。３８
长安大学硕士学位论文
第四章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
电机控制系统的软件设计是指控制器的软件设计，处理的任务包括：电流信号的采样与处理、ＣＡＮ通信、位置信号的采集与处理、转速计算、ＰＷＭ输出等。如果实现的软件不同，即使电机控制系统的硬件结构相同，电机控制系统的功能和性能都可能存在很大的差别。本章主要说明电机控制系统的软件设计。
４．１ＤＳＰ系统开发环境及流程
ＴＭＳ３２０系列ＤＳＰ芯片的开发环境包括软件和硬件两个方面，常用的软件开发环境为ＣＣＳ（ＣｏｄｅＣｏｍｐｏｓｅｒＳｔｕｄｉｏ），硬件开发环境包括ＪＴＡＧ仿真器和ＤＳＰ硬件平台（如评估模块ＥＶＭ或目标系统）。若没有硬件开发环境时，也可以在ＣＣＳ软件环境下进行算法仿真。ＣＣＳ是，ｎ开发的一个完整的ＤＳＰ集成开发环境，也是目前使用得最为广泛的ＤＳＰ开发软件之一。它采用Ｗｉｎｄｏｗｓ风格的界面，集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试与实时跟踪、代码烧写等功能于一体，极大地方便了ＤＳＰ程序的设计和开发【５６１。
本系统的软件开发采用ＣＣＳ３．１版本，利用合众达公司出品的ＳＥＥＤ－ＸＤＳＵＳＢ２．０仿真器进行仿真下载。仿真器通过仿真器信号线ＪＴＡＧ接口可以方便地进行数据交换，用户程序可在目标系统的片内或片外存储器实时运行。
ＤＳＰ芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的软件开发流程如图４．１所示。
图４．１ＤＳＰ软件开发流程
ＤＳＰ的软件设计采用ＤＳＰ汇编语言和Ｃ语言混合编程。采用汇编语言可以提高程序代码效率，节省ＣＰＵ时间，满足系统实时性的要求。软件的大部分程序采用Ｃ语言３９
第四章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
编程，提高编程效率，增强程序的可读性，便于调试和维护。
４．２软件总体设计
软件设计包括主程序以及中断服务程序两部分。主程序主要由系统初始化、转速计算、ＡＤ采样、ＰＷＭ信号输出等组成，主程序流程图如图４．２所示。主程序完成主要的功能任务，其中系统初始化程序主要完成对通用控制寄存器和自定义寄存器的设置，主要工作包括程序和数据存储区配置方式设置、Ｉ／Ｏ口设置、事件管理器（ＥＶＡ和ＥＶＢ）初始化设置、模数转换模块（ＡＤＣ）初始化设置、看门狗计数器模块（ＷＤＴ）初始化设置、ＣＡＮ通信模块初始化设置和自定义寄存器的初始化设置。中断程序主要对中断事件进行检测并通知主程序进行相应处理、完成必要的实时性功能。这样做的目的是使中断不占用太多的ＣＰＵ时间，使程序各部分功能能够可靠地运行。
开始
●
系统上电复位
●
１．禁止中断
２．系统初始化
（包括系统内核及其片内外设）
●
◇№令№～ｌ一使能中断
滤波后读取ＡＤｃ数据
＋
电机转速采样计算
‘
模糊ＰＩＤ参数计算
＋
ｌＩＰＷＭ输出””…
图４．２主程序流程图
４．３转子位置检测、电流检测及转速计算
４．３．１转子位置检测ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２内部的包含有两个事件管理器模块，每一个管理器模块包括：两个
长安大学硕士学位论文
１６位的通用目的定时器、８通道１６位的ＰＷＭ、３个完全比较单元、３个捕捉单元（用于捕捉外部事件）和正交脉冲编码电路等。
该程序模块将光电增量编码器送过来的脉冲数变换为绝对的转子轴机械位置，并存放在变量０ｍ中。通过所定转子的位置，根据增量编码器的数值即可得到绝对的转子机械位置。将编码计数寄存器清零，从而将锁定的机械位置位为参考机械位置。两个ＰＷＭ周期间检测到的编码脉冲数存放在变量“ｃｎｃｉｎｃｒ”中。这些变量将在定标模块中用来确定转子电器位置和机械速度。
光电编码器的图像传感器由内部的ＬＥＤ触发，传感器送出逻辑“０＂。当光线穿过编码器的１０２４个缝隙格时，送出逻辑“１”。两个图像传感器通过通道Ａ和Ｂ发送逻辑信息。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２片内ＱＥＰ（计数编码脉冲）检测到两个通道的上升沿和下降沿，由ＱＥＰ检测到的边沿数存放在计数器Ｔ３ＣＮＴ中。当设定ＱＥＰ模式后，ＱＥＰ的脉冲即作为时钟Ｔ３。
电机每旋转一周，则编码器产生１０２４个脉冲。每个缝隙有４个边沿：两个通道各有１个上升沿和１个下降沿。也就是说，电机每旋转一周，ＱＥＰ检测到４０９６个边沿。ＱＥＰ通过检测两个通道的先后次序，判断转子的转向。边沿数（上升或下降沿）存放在Ｔ３ＣＮＴ中。根据所选旋转的方向来确定Ｔ３ＣＮＴ是增量式还是减量式。一旦选择了ＱＥＰ模式，在一个周期后时钟Ｔ３将自动清零。
机械加速度通过两个采样周期的旋转角度来计算
Ａ０ｍ＝ＥｎｃＰｕｌｓｅｓ（４．１）
其中，编码脉冲（ＥｎｃＰｕｌｓｅｓ）等于４０９６。每个采样周期计算绝对机械位置：
ｍ（ｔ）＝ｍ（ｔ一△ｔ）＋△０ｍ（４．２）
１０００ｈ（ＥｎｃＰｕｌｓｅｓ）代表３６００机械角度，以上方程可简化为：
０。（ｔ）＝０删＋ｅｎｃｉｎｃｒ
其中，ｅｎｃｉｎｃｒ＝Ｔ３ＣＮＴ（ｔ）＝Ｔ３ＣＮＴ（ｔ．△ｔ）。
下面是部分电机位置检测初始化程序：（４．３）
ｖｏｉｄＱＥＰ＿Ｉｎｉｔ（ＱＥＰ车ｐ）
｛
ＥｖａＲｅｇｓ．ＣＡＰＣＯＮ．ａｌｌ＝ＱＥＰ＿ＣＡＰ＿ＩＮＩＴ＿ＳＴＡＴＥ；产设置捕捉单元?／４１
第１ｎＪ章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
ＥｖａＲｅｇｓ．Ｔ２ＣＯＮ．ａｌｌ＝ＱＥＰ＿ＴＩＭＥＲ＿ＩＮＩＴ＿ＳＴＡＴＥ；
ＥｖａＲｅｇｓ．Ｔ２ＰＲ＝０ｘＦＦＦＦ；
ＥｖａＲｅｇｓ．ＥＶＡＩＦＲＣ．ｂｉｔ．ＣＡＰ３ＩＮＴ＝１；
产设置捕捉定时器?／
／宰设置ＣＡＰ３标志宰／严设置ＣＡＰ３中断?／
ＥｖａＲｅｇｓ．ＥＶＡＩＭＲＣ．ｂｉｔ．ＣＡＰ３ＩＮＴ＝Ｉ；ＧｐｉｏＭｕｘＲｅｇｓ．ＧＰＡＭＵＸ．ａｌｌｌ＝０ｘ０７００；
产设置捕捉单元的引脚木／
４．３．２
电流检测
由电机采集来的定子电流，需要通过采样电阻将电流信息转化为电压信息，然后由
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＡＤ变换模块转化为数字信号。再经过数字滤波和定标处理，为电流环调节提供电流反馈信息。
此外还需要将检测回来的信号转化为适合ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ＡＤＣ输入的电压范围，首先，将Ｖｌｅｍ（转化后的电压变量）变换到［一１．５Ｖ，＋１．５ｖ］，然后提供１．５Ｖ的偏移，转化至ＥＪ［ｏ，３Ｖ］范围内。
下面进行说明：／宰初始化木／
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＴＲＬｌ．ａｌｌ＝ＡＤＣ＿ＲＥＳＥＴ．ＪＬＡＧ；
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＴＲＬ１．ｂｉｔ．ＡＤＣＢＧＲＦＤＮ＝０ｘ３；
严复位ＡＤＣ模块?／产为参考电路供电牛／产为ＡＤＣ其他单元上电木／产设置ＡＤＣＴＲＬ３寄存器宰／
产设置ＡＤＣＴＲＬｌ寄存器宰／严设置ＡＤＣＴＲＬ２寄存器牛／产确定３个转换事／严配置通道选择木／
产设置采用ＴｉｍｅｒｌＵＦ触发
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＴＲＬｌ．ｂｉｔ．ＡＤＣＰＷＤＮ＝Ｉ；
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＴＲＬｌ．ｂｉｔ．ＡＤＣＣＬＫＰＳ＝３；
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＴＲＬｌ．ａｌｌ＝ＡＤＣＴＲＬＩ＿ＩＮＩＴ＿ＳＴＡＴＥ；
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＴＲＬ２．ａｌｌ＝ＡＤＣＴＲＬ２＿ＩＮＩＴ＿ＳＴＡＴＥ；
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＭＡＸＣＯＮＶＩｂｉｔ．ＭＡＸ
ＣＯＮＶ＝２；
ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＣＨＳＥＬＳＥＱｌ．ａｌ｜＝ｐ－＞Ｃｈ＿ｓｅｌ；
ＥｖａＲｅｇｓ．ＧＰＴＣＯＮＡ．ｂｉｔ．Ｔ１ＴＯＡＤＣ＝Ｉ；
ＡＤＣ转换宰／
ｄａｔ＿ｑ１５＝ＡｄｃＲｅｇｓ．ＡＤＣＲＥＳＵＬＴＯＡ０ｘ８０００；
产将转换结果变成Ｑ１５格式双极
性数据掌／
４２
长安大学硕士学位论文
ｔｍｐ＝（１０ｎｇ）（ｐ一＞Ｉｍｅａｓ＿ａ＿ｇａｉｎ宰ｄａｔ＿ｑｌ５）；
Ｐ一＞Ｉｍｅａｓ＿ａ＝（ｉｎｔ）（ｔｍｐ＞＞１３）；
Ｐ?－＞Ｉｍｅａｓ＿ａ＋＝ｐ?－＞Ｉｍｅａｓａｏｆｆｓｅｔ；
ｐ－＞Ｉｍｅａｓ＿ａ＊＝－１；／＊ｉＥ向，电流流向电机幸／
４．４ＰＷＭ信号产生程序
ＰＷＭ信号是～系列可变脉宽的脉冲信号，这些脉冲覆盖了几个定长周期，从而可以保证每个周期都有一个脉冲输出。为产生一个ＰＷＭ信号，定时器需要重复按照ＰＷＭ周期进行计数。比较寄存器用于保持调制值，比较寄存器中的值一直与计数器的值相比较，当两个值匹配时，ＰＷＭ输出就会产生跳变。当两个值产生第二次匹配或一个定时器周期结束时，就会产生第二次输出跳变。通过这种方式就会产生一个周期与比较寄存器值成比例的脉冲信号。在比较单元中重复完成计数、匹配输出的过程，就产生了ＰＷＭ信号【５８】。
使用比较单元产生ＰＷＭ波形，需要对事件管理器的寄存器进行配置，具体内容如下：
１）设置和装载ＡＣＴＲｘ；
２）如使能死区功能，需要设置和装载ＤＢＴＣＯＮｘ；
３）初始化ＣＭＰＲｘ；
４）设置和装载ＣＯＭＣＯＮｘ；
５）设置和装载Ｔ１ＣＯＮ（对ＥＶＡ）或Ｔ３ＣＯＮ（对ＥＶＢ），启动操作；
６）用计算的新值更新ＣＭＰＲｘ。
事件管理器产生ＰＷＭ信号部分程序如下：
ＧｐｉｏＭｕｘＲｅｇｓ．ＧＰＡＭＵＸ．ａｌｌ＝ＯｘＯＯＦＦ；产使能ＥＶＡＰＷＭ１－４引脚宰／
产初始化ＥＶＡ定时器１＂／
ＥｖａＲｅｇｓ．Ｔ１ＰＲ＝０ｘＦＦＦＦ；严定时器１周期宰／
ＥｖａＲｅｇｓ．Ｔ１ＣＭＰＲ＝０ｘ３Ｃ００；
ＥｖａＲｅｇｓ．Ｔ１ＣＮＴ＝０ｘ００００；严定时器１比较器?／严定时器１计数器幸／’
产ＴＭＯＤＥ＝连续递增／递减计数，定时器使能，比较使能宰／
ＥｖａＲｅｇｓ．Ｔ１ＣＯＮ．ａｌｌ＝０ｘ１０４２；产定时器１周期宰／４３
第ｐｌｊ章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
ＥｖａＲｅｇｓ．ＧＰＴＣＯＮＡ．ｂｉｔ．ＴＣＯＭＰＯＥ＝Ｉ；产比较逻辑驱动Ｔ１／Ｔ２＋／
ＥｖａＲｅｇｓ．ＧＰＴＣＯＮＡ．ｂｉｔ．Ｔ１ＰＩＮ＝Ｉ；产定时器１的比较器极性设置为低电平有效宰／
ＥｖａＲｅｇｓ．ＧＰＴＣＯＮＡ．ｂｉｔ．Ｔ２ＰＩＮ＝２；产定时器２的比较器极性设置为高电平有效?／
产使能产生ＰＷＭｌ￣ＰＷＭ４的比较功能木／
ＥｖａＲｅｇｓ．ＣＭＰＲｌ－－０ｘ０Ｃ００；
ＥｖａＲｅｇｓ．ＣＭＰＲ２＝０ｘ３Ｃ００；
ＥｖａＲｅｇｓ．ＣＭＰＲ３＝０ｘＦＣ００；
ＥｖａＲｅｇｓ．ＡＣＴＲＡ．ａｌｌ＝０ｘ０６６６；
ＥｖａＲｅｇｓ．ＤＢＴＣＯＮＡ．ａｌｌ＝０ｘ００００；产比较方式控制?／
ＥｖａＲｅｇｓ．ＣＯＭＣＯＮＡ．ａｌｌ＝０ｘＡ６００；
４．５
４．５．１ＣＡＮ通信程序ＣＡＮ模块概述
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２集成了增强型ＣＡＮ总线接口，该接口与ＣＡＮ２．０Ｂ标准接口完全兼容。ＣＡＮ总线是一种串行通信协议，支持四种不同类型的帧格式，包括：
１）数据帧：从发送节点到接收节点的数据。
２）远程帧：由一个节点送出，请求发送带有相同标志符的数据帧。
３）错误帧：总线上任何检测到错误的节点发出的帧。
４）过载帧：相邻数据帧或远程帧之间增加的额外延时。
此外，ＣＡＮ２．０Ｂ总线规范定义了两种不同的数据格式，其主要区别在于标志符的长度不同：标准帧有１ｌ位的标志符，扩展帧有２９位的标志符。ＣＡＮ总线的标准数据帧的长度是４４－一１０８位，而扩展数据帧的长度是６４－１２８位。标准／扩展数据帧格式如下图所示
…ｊ…——……——…～一ｊ…一……“一～一一～一～
～Ｍ▲一位长｛１▲１２０ｒ３２▲６｜▲■～一一０～８ｂｙｔｅｓ▲１｛｛｜｜２▲一７▲
Ｅｎｄ起始位仲裁区控制位数据区
图４．３标准，扩展数据帧格式（ｐ２３０）ＣＲＣ位应答
电机控制单元（ＭＣ功与整车控制单元（ＶＣ功之间的报文传送由两种类型的帧表示和控制：数据帧携带数据由发送器到接收器；远程帧通过总线单元发送，以请求发送具有相同标识符的数据帧。本系统中，数据帧采用标准帧。数据帧由７个不同的位段组成，
长安大学硕士学位论文
包括帧起始（ＳｏＦ）、仲裁段、控制段、数据段、循环冗余检查段（ＣＲＣ），应答段（ＡＣＫ）Ｔｌ以及帧结束（ＥＯＦ）。其中仲裁段由标识符和远程发送请求位（ＲＴＲ）组成；控制段由数据长度码（ＤＬＣ）和两个保留位蛾ｒ１组成；数据段由数据帧中被发送的数据组成，它包括叽８个字节，每个字节８位。
ＶＣＵ向ＭＣＵ发送的数据帧包括：ＭＣＵ初始化、检测ＭＣＵ，ＶＣＵ发生不可恢复错误、ＶＣＵ的工作状态、控制电机转速、控制电机转矩、请求返回电机的错误状态等请求或命令。
ＭＣＵ向ＶＣＵ发送的数据帧包括：返回ＭＣＵ当前状态、送回电机转速、送回电机转矩、电机或ＭＣＵ出错、电机工作正常等信息。
远程帧与数据帧的结构相同，只是不包括数据段。远程帧的远程请求发送位为１。远程帧用于请求信息。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＣＡＮ模块可以自动回复远程帧，即自动发送一个数据帧作为应答。如果该节点中有和远程帧的标识符相同的报文，则该节点就将相应的数据帧发送到总线上。本系统中远程帧和数据帧一样，采用标准格式。
ＶＣＵ向ＭＣＵ发送的远程帧包括：请求返回电机状态、请求返回电机转速、请求返回电机转矩等。
４．５．２对ＣＡＮ控制器的操作
在使用ＣＡＮ模块前，必须进行初始化。图４．４给出了ＣＡＮ模块的初始化流程。初始化模式和正常操作模式之间的转换是通过ＣＡＮ网络同步实现的。也就是在ＣＡＮ控制器改变工作模式之前，要检测总线空闲序列（等于１１接收位），如果产生支配总线错误，ＣＡＮ控制器将不能检测到总线空闲状态，因此也就不能完成模式切换。
二二［（ＣＣＲ＝０ＣＣＥ＝０）
皇标准模式改变使能的位时序参数
配置需要的工作模式
（ＣＣＲ＝ＩＣＣＥ＝Ｏ）配置需要的标准模式（ＣＣＲ＝０ＣＣＥ＝１）
二二匣（ＣＣＲ＝ＩＣＣＥ＝Ｏ）等待模式配置等待标准模式配置（ＣＣＲ＝０ＣＣＥ＝１）
配置模式有效
（ＣＣＲ＝ｌＣＣＥ＝１）标准模式配置完成
图４．４ＣＡＮ模块初始化流程图４５
第阴章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
将ＣＣＲ（ＣＡＮＭＣ．１２）置１，使ＣＡＮ模块工作在初始化模式。而且只有ＣＣＥ（ＣＡＮＥＳ．４）＝１时，才能执行初始化操作。完成上述设置后，ＣＡＮ模块的配置寄存器才能够完成写操作。
本论文中将邮箱ｌ设置为发送邮箱，将邮箱３设置为接收邮箱。图４．５和４．６是信息的发送和接收流程图。
ＣＡＮＭＥ清零
●
写标志符到
ＭＳＧＩＤ
锣ＬＡＭ（３）
＝０ｘ０３ｃ００００
●
配爱接收邮箱
ＣＡＮＭＤ．３＝１
≤多
从邮箱ＲＡＭ
中读取数据
图４．５信息发送流程图图４．６信息接收流程图
４．６串行通信程序
对电动汽车驱动控制系统而言，进行串行通信的命令共有两类：控制命令和数据交换命令。数据交换命令用来从上位机读取测试数据和参数值。控制命令是上位机发给该控制系统的各种控制参数，用于完成系统的功能操作。
串行通信模块的波特率设置为９６００ｂｐｓ，全双工ＲＳ．２３２通信模式；数据字格式；１位起始位，ｌ位停止位，８位数据位，无奇校验；双缓冲接收和发送，并设置接收中断。
ＰＣ机发送字符给ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２采用的是中断接收的方式，当有数据进入ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＲＸＢＵＦ时，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２发生中断，随即接收字符，在接收到符合条件的字符后，发送相应的字符给ＰＣ机。所有的通信命令都采用ＡＳＣＩＩ码格式，
长安大学硕士学位论文
因此上位机可以使用任何高级语言编程控制显示屏。
命令集：
［界定符号］［地址］［命令］［数据］［校验和］［回车］
所有命令都是由一个界定符号％或￥开始。界定符号后的两位十六进制符号代表的是设备地址（主要在多设备的情况下使用）。地址后跟着的是一个字符或两个字符的命令。对于传送命令来说，命令符后还必须指定所传送数据的内容。接下来是数据和校验和，校验和用来对所发送的一帧数据进行和校验。每一个命令都会以一个回车符号（Ｏｄｈ）结束。
图４．７是本文设计的串行通信程序流程图。ＳＣＩ模块的初始化包括数据格式、中断使能、波特率等参数的设置。初始化完成之后就可以发送数据。如果要发送数据，只要把数据写入发送数据缓冲寄存器ＳＣＩＴＸＢＵＦ即可，发送工作由ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的ＳＣＩ模块自动完成。
ＳＣＩ模块的初始化编程如下：
ｖｏｉｄＩｎｉｔＳｃｉ（ｖｏｉｄ）
｛
ＳｅｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＣＣＲ．ａｌｌ＝０ｘ０００７；／／一位停止位，无极性，空闲线模式，八位字长
ＳｃｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＣＴＬｌ．ａｌｌ＝０ｘ０００３；／／使能发送接收，ＳＣＩ复位
ＳｃｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＣＴＬ２．ａｌｌ＝Ｏｘ００００；／／接收发送中断不使能
／／设置波特率９６００
ＳｃｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＨＢＡＵＤ＝０ｘ０１；
ＳｃｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＬＢＡＵＤ＝０ｘＡ０；
ＳｃｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＣＴＬｌ．ａｌｌ＝０ｘ００２３；／／启动ＳＣＩ模块
＞
ＳＣＩ模块的发送数据子程序具体如下：
／幸入口参数：＊ｓｅｎｄｄａｔａ表示协议数据数组，ｓｉｚｅ表示协议数据量木／
ｉｎｔＳＣＩ（ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔ宰ｓｅｎｄｄａｔａ，ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｓｉｚｅ）
｛
ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｉ；
ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｔｉｍｅｏｕｔ；
／／启动发送
ＳｃｉｂＲｅｇｓ．ＳＣＩＣＴＬｌ．ｂｉｔ．ＴＸＷＡＫＥ＝１；４７
第四章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
ｓｃｉｂ＿ｘｍｉｔ（Ｏ）；
／／数据上传至上位机
ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ｓｉｚｅ；ｉ＋＋）
｛
ｔｉｍｅｏｕｔ＝１０００；
ｗｈｉｌｅ（（ＳｃｉａＲｅｇｓ．ＳＣＩＣＴＬ２．ｂｉｔ．ＴＸＥＭＰＴＹＩ＿１）＆＆（ｔｉｍｅｏｕｔ！＝０））
＜
ｄｅｌａｙ（５）；
ｔｉｍｅｏｕｔ一；
｝
ｉｆ（ｔｉｍｅｏｕｔ一０）ｒｅｔｕｒｎ（－１）；／／若发送超时或出错，则停止发送并返回．１ｓｃｉｂ＿ｘｍｉｔ（木（ｓｅｎｄｄａｔａ＋ｉ））；
｝
ｒｅｔｕｒｎ（１）；
图４．７串行通信程序流程图４８
长安大学硕士学位论文
４．７中断程序设计
４．７．１功率保护中断
功率驱动保护中断用于电机驱动系统故障时封锁ＰＷＭ脉冲信号。当母线电压过高或工ＰＷＭ出现过电压、过电流等不正常状态时会触发ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的功率保护中断ＰＤＰＩＮＴｘ。该中断是优先级最高的中断。一旦进入中断，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２会由硬件动作封锁ＰＷＭ信号输出，从而避免故障继续恶化。
４．７．２档位输入中断
外部引脚中断用于档位变化时改变转矩给定值。当操作者改变档位时，会在外部中断引脚产生电平变化。外部中断引脚在捕捉到上升沿电平后，会进入此中断。在该中断服务程序中，ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２通过检测与档位相连接的Ｉ／Ｏ口的电平状态判断操作者换成何种档位，进而改变速度给定值。
４．８调试中要注意的问题
在调试过程中发现以下几个需要注意的地方。
４．８．１采样函数的数字滤波
驱动系统要安装在车上，干扰源很多，如电场、温度、震动等。尽管采取了硬件抗干扰措施，外界的千扰信号总是或多或少的进入控制系统，可以采取数字滤波的办法来减少干扰信号的影响，提高系统的可靠性。数字滤波的方法有：程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波、ＲＣ低通滤波、复合数字滤波等。考虑到本系统的实时性，本系统软件在电压电流采样程序中采用了中值滤波算法，即在一个控制周期内多次采样电压电流。实现效果证明中值滤波算法执行效率高，而且能有效的消除干扰和噪声。
４．８．２中断冲突问题
本系统软件中存在多个中断服务程序。标志位是否有效的方法有效的防止中断冲突。通过采用设定中断优先级和判断中断标例如，功率驱动保护中断是最高优先级的，而外部引脚中断在本系统处于最低优先级。
４．８．３软件抗干扰问题
外部的干扰或机器内部硬件瞬时故障会使程序计数器偏离原定的值，造成程序失控。为了避免这种情况的发生，在软件设计时，可以采样设立软件陷阱的方法加以克服。
具体的做法时，在ＡＲＭ的程序空间中，每隔一段指令（通常为十几条指令即可），４９
第四章电动汽车电机驱动控制系统的软件设计
把连续的三个单元制成“ＮＯＰ”（空操作）。这样，当出现程序失控时，只要失控的ＡＲＭ进入这众多的软件陷阱的任何一个，都会被捕获，程序自动恢复正常，继续执行后面的程序。这种方法虽然浪费了一些程序空间，但可以保证程序不会跑飞。
４．９本章小结
本章首先从软件的总体结构入手，分位置检测、转速计算、串行与ＣＡＮ通信、中断程序等若干模块详细说明了驱动控制器的软件流程，给出了各个模块的程序流程图。同时在本章的最后提出了若干在软件编程中需要注意的问题。
长安大学碰±学位论文
第五章硬件系统测试与结果分析
５．１系统测试的目的
本测试主要是针对电动汽车驱动控制器的设计而进行的，当系统设计制作完成时，并不能保证系统完全没有问题，必须经过仔细的调试，爿能保证系统按照设计意图正常工作。实验室调试可以模拟现场环境，是设计过程中必不可少的阶段。
５．２系统测试的内容
５．２．１驱动控制器测试条件
电机驱动控制电路板、仿真器、５ｖ电源、ＲＩＧＯＬ数字示波器、万用表等。
５．２．２驱动控制器测试内容
电动汽车驱动控制器的设计中，最重要的工作指标就是能够完成对直流电机的转速控制。但足因为电动汽车试验台尚未安装调试就绪，因此本测试的主要内容是在实验室完成对驱动控制器的Ｐ删输出控制。实验系统的实物照片如图５１所示。
图ｉｌ实验系统的实物照片
５．３驱动控制系统测试结果分析
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２片上有２个事件管理器，ＥＶＡ和ＥＶＢ。ＰＷＭ测试程序就是通过ＥＶＡ的ＧＰＴＩＭＥＲｌ进行操作，产生频率和脉宽调制可变的波形。
ＰＷＭ的测试步骤如下：
１在ＣＣＳ中编译测试程序，加载ｐｗｍｏｕｔ文件到仿真器中：
２运行测试程序（如图５．２所示）：
第Ｘ章硬件系统测试与结果分析
甓舅鼎霉壁燮黑鼍＝＝＝＝。唧
３．用示波器观察ＴＩＰＷＭＴＩＣＭＰ引脚上的波形变化（如图５．３所示）一一图５．２程序运行图
ｄＩｌ“…●１４一
图５３控制器输出的ＰＷＭ波形
由图５３可知，控制器产生的ＰＷＭ被形，效果好，不存在失真问题，能够满足电动汽车驱动控制系统的设计需求。
长安大学硕士学位论文
结论与展望
１．结论
本文对电动汽车控制系统进行了全面地论述，分析了本设计的必要性，介绍了德州仪器的微处理器芯片ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，利用该处理器设计出了电动汽车驱动控制系统，完成了系统分析和设计，软硬件实现。
对本文的主要研究总结如下：
１）采用了以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心的控制方案，不仅能完成复杂的控制任务，使控制系统智能化，还能简化电路，加快新产品的开发速度：
２）针对电动汽车电机控制过程模型难以建立，系统参数受工作环境影响较大的特点，提出了用模糊ＰＩＤ控制算法控制电机的思路，仿真结果表明，该方法可满足实际要求；
３）利用德州仪器提供的嵌入式集成开发环境ＣＣＳ，配合仿真器，完成了系统的程序设计；
４）采用层次原理图的设计方法，绘制系统的原理图，根据高速ＰＣＢ的设计原则完成了系统的ＰＣＢ设计，并对电源、地和信号传输线进行了抗干扰设计，制板并焊接电路板，完成了系统的软硬件调试。
２．展望
随着电动汽车的快速发展，电动汽车控制器的研究也已成为业界的一个热点。电动汽车控制器的研究与设计是一项内容丰富而复杂的课题，本论文仅是其中的一部分，而且由于是新产品的开发和本人的知识能力所限，后续还有很多需要完善和进一步研究的地方。
１）由于系统未设计ＬＣＤ接口，将来可以根据实际具体的应用，针对某一种ＬＣＤ来设计系统的扩展电路；
２）本系统是个较通用的控制平台，除应用于电动汽车控制器外，将来还可以在本系统的基础上设计成ＰＣＩ０４架构，从而可根据实际应用的需求，与不同类型的ＰＣＩ０４模块进行组合，例如，我们实验室已开发成功Ａ／Ｄ模块、Ｉ／Ｏ模块以及其它公司已经成熟的ＰＣＩ０４模块，并开发其驱动及应用程序即可开发出性能更高的嵌入式设备；
３）由于系统ＣＰＵ在电机控制方面的使用尚未经实践检验，有待进一步验证和完善；４）系统的软件尚待进一步完善，可考虑将具有多任务调度功能的实时操作系统（如：５３
结论与展望
ｕＣ／ＯＳＩＩ操作系统）移植到系统中，使软件运行更高效、可靠；
５）由于时间和时间所限，本文未对当前流行的电机控制算法逐个进行学习、研究，没能建立完善的论文算法。
这些遗留问题也将是作者以后工作和研究中继续努力的方向。
在环保、高效、节能的指导下，电动汽车以其优秀的特性必将在中国蓬勃发展，电动汽车控制器也必将在嵌入式领域添加上浓重的一笔。
长安大学硕士学位论文
参考文献
［１］陈清泉，詹宜巨．２ｌ世纪的绿色交通工具——电动车［Ｍ］．北京：清华大学出版社，暨南大学出
版社，２０００．７
［２］陈清泉，孙逢春，祝嘉光．现代电动汽车技术［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００２．１１［３］张翔等．中国电动汽车的进展［Ｊ］．汽车研究与开发，２００４（１）
［４］曹秉刚等．电动汽车进展和发展趋势ＣＪ］．西安交通大学学报．Ｖ０１．３８Ｎｏ．１２００４
［５］万沛霖．电动汽车关键技术［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，１９９８
［６］胡骅，宋慧．电动汽车［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００２
［７］李兴虎．电动汽车概论［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００５．８
［８］张翔等．国内各主要单位电动汽车项目进展情况及主要产品介绍［Ｊ］．汽车技术，２００４
［９］韩涛．基于ＤＳＰ的电动汽车用电机控制系统的研究［Ｄ］．西安：西北工业大学，２００４
［１０］李斌花．纯电动汽车电机驱动系统控制策略研究［Ｄ］．湖南：湖南大学，２００５
［１Ｉ］Ｍａｇｇｅｔｔｏ，Ｇ，ＶａｎＭｉｅｒｌｏ，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ
Ｈｙｂｒｉｄａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ａｓｕｒｖｅｙＡｐｒｉｌ２０００Ｅｌｅｃｔｒｉｃ，ａｎｄＦｕｅｌＣｅｌｌＶｅｈｉｃｌｅｓ（Ｒｅ￡Ｎｏ．２０００／０５０），ＩＥＣＳｅｍｉｎａｒ，ＩＩＰａｇｅｓ：Ｆ１—１１１
【１２】杨利辉．电动汽车驱动电机控制器的优化设计［Ｄ］．重庆：重庆大学，２００４
【１３】Ｐｉｌｌ－Ｓｏｏ硒ＩＩｌ’Ｃｏｓｔｍｏｄｅｌｉｎｇ
ｐａｒｔｓｏｆｂａｔｔｅｒｙｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｈｙｂｒｉｄｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎｍａｊｏｒｃｏｓｔ，ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍｓ，２００３．ＰＥＤＳ２００３．ＴｈｅＦｉｆｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＯｉｌ，Ｖｏｌｕｍｅ：２，１７－２０Ｎｏｖ２００３，Ｐａｇｅｓ：１２９５—１３００，
［１４】曹承志．电机、拖动与控制【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２０００
【１５】陈伯时．电力拖动自动控制系统【Ｍ】．北京：机械工业出版社，１９９７
【１６】张国良等．模糊控制及其ＭＡＴＬＡＢ应用［Ｍ］．西安：西安交通大学出版社，２００２
【１７】诸静等．模糊控制原理与应用［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９５．７
【１８】刘金琨．智能控ＳＵＪ［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００５
【１９】张晶，曾宪云．基于ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＩⅡ，咖【直流电机调速系统模糊控制的建模与仿真【Ｊ】．现代
电子技术，２００２（４）
［２０】梁亦铂，王正茂，何涛．全数字直流电机调速系统的原理及数学模型阴．中小型电机，２００１．２８
（６）
【２１】ＩｓｈｉｄａＡ
ＳＡＥｅｔａ１．ＡＳｅｌｆ－ＴｕｎｉｎｇＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＵｓｉｎｇｔｈｅＴｉｍｅＤｅｌａｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．９２０１５９，１９９２，（１）
Ｌ．Ｔａｎｇ，ＲｏｂｅｒｔＪ．Ｍｕｌｈｏｌｌａｎｄ．ＣｏｍｐａｒｉｎｇＦｕｚｚｙ
ｏｎ【２２】ＫｗｏｋＬｏｇｉｃ诵ｔｌｌＣｌａｓｓｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＤｅｓｉｇｎｓ．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍｓ．Ｍａｎ．ａｎｄＣｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，１９８７，１７（６）：１０８５—１０８７
【２３】楼顺天，胡昌华，张伟．基于ＭＡＴＬＡＢ的系统分析与设计一模糊系统［Ｍ］．西安：西安电子科
技大学出版社，２００１，５５
参考文献
【２４】朱４，ＭＯ，曹秉刚，李竟成等．一种适用于电动车的直流调速系统仿真【Ｊ】．系统仿真学报，Ｖ０１．１５
２００３
【２５】ＩＥＲＯＨＡＭＳ．ＢＡＲＩ，ｃＨ＆ＲｕＢＥＮＧＡＲＲＩＤＯｅｔｃ．ＡｎＡｄａｐｔｉｖｅＮｅｕｒａｌＣｏｎｔｒｏｌＯｆＡＤＣＭｏｔｏｒ［Ｊ］．
ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌ，２００１（９）
【２６】张传伟，郭卫．直流电机双闭环调速系统仿真研究【Ｊ】．机床与液压，２００５．ＮＯ．２
【２７】ＺｈａｏＹａｏ，ＤｉｎｇＬｏｎｇｈａｎ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ
ｏｆｔｈｅ３ｔｈｏｆｐａｒａｌｌｅｌ０１１ｄｏｕｂｌｅ－ｌｏｏｐＤＣｍｏｔｏｒｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓＷｏｒｌｄＣｏｎｇｒｅｓｓＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０００（７）
【２８】王沫然．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ４建模及动态仿真【Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００２
［２９】黄忠霖，周向明．控制系统ＭＡＴＬＡＢ计算及仿真实ｉ／ｌｌ［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００６
【３０】蒋海波，崔新艺，曾凌波等．无刷直流电机模糊控制系统的建模与仿真【Ｊ】．西安交通大学学报，
Ｖ０１３９，２００５
【３１】史浩，潘再平．无刷直流电机模糊控制系统及仿真分析［Ｊ】．微电机，Ｖｏｌ３８，２００５
【３２】苏明．模糊ＰＩＤ控制及其ＭＡＴＬＡＢ仿真［Ｊ】．计算机应用，２００４（４）
【３３】庄利锋，杨慧中．模糊自适应ＰＩＤ控制器的设计及应用【Ｊ】．自动化与仪表，２００５（１）
【３４】ＬｅｅＣＣ．Ｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃｉｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ：ｆｕｚｚｙｌｏｇｉｃ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓｙｓｔ，１９９０．２０（２）
【３５］汤东胜，吴光强，董华林．电动汽车矢量控制的模糊．ＰＩＤ复合控制方式川．汽车工程，２００３（１）［３６】秦娟英，关军明，王荣铸等．参数自整定模糊ＰＩＤ直流电机调速系统研究【Ｊ】．机电设备，２００４
（２）
【３７】戚伟世．在线自调整模糊ＰＩＤ控制器的研究［Ｊ】．北京科技大学，２００１。６
【３８】朱晓宏，邵冬明，游道华．参数自整定ＰＩＤ模糊控制器的设计及Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真．汽车科技【Ｊ】，
２００３（１）
【３９】黄友锐．基于模糊推理的自整定ＰＩＤ控制器【Ｊ】．微计算机信息，２００３（４）
［４０】常满波，胡鹏飞．基于ＭＡＴＬＡＢ的模糊ＰＩＤ控制器设计与仿真研究［Ｊ】．机车电传动，２００２．（５）
【４１】ＴＭＳ３２０Ｆ２８ｌｘＤａｔａＳｈｅｅｔ（Ｒｅｖ．Ｉ）【Ｚ】，ＴＩ，Ｉｎｅ．２００３
【４２】（美）ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ著．ＴＭＳ３２０Ｃ２８Ｘ系列ＤＳＰ的ＣＰＵ与外设［Ｍ］．北京：清华
大学出版社，２００４
【４３】赵晶．电路设计与制版ｐｒｏｔｅｌ９９高级应用［Ｍ】．北京：人民邮电出版社，２０００．１１
【４４】苏奎峰，吕强，耿庆锋等．ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２原理与开发［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００５．４
【４５】张雄伟．ＤＳＰ芯片原理与应用［Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００５．
【４６】ＩＳ６１ＬＶ２５６１６
【４７】ＴＰＳ７６７Ｄ３ＤａｔａＳｈｅｅｔ［Ｚ］，ＩＣＳＩ，ＩｎｅＳｈｅｅｔ［Ｚ］，ＴＩ，Ｉｎｃ．１８Ｄａｔａ
【４８】王晓明，王玲．电动机的ＤＳＰ控制［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００４
【４９】谢宝昌，任永德．电机的ＤＳＰ控制技术及其应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００５．３
【５０】杨立勇．电动汽车用永磁无刷直流电机控制技术研究【Ｄ】．重庆：重庆大学，２００４
【５１］＋５ＶＰｏｗｅｒｅｄ，Ｍｕｌｔｉ?ｃｈａｎｎｅｌＲＳ－２３２Ｄｒｉｖｅｒｓ／Ｒｅｃｅｉｖｅｒｓｄａｔａｓｈｅｅｔ【Ｚ】，ＭＡＸＩＭ，Ｉｎｃ．５６
长安大学硕士学位论文
【５２】ＰＡＣ８２Ｃ２５１ＣＡＮｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒｆｏｒ２４Ｖｓｙｓｔｅｍｄａｔａｓｈｅｅｔ，ＰＨＩＬＩＰＳ，Ｉｎｃ．２０００．１
【５３】邬宽明．ＣＡＮ总线原理和应用系统设计【Ｍ】．北京：北京航空航天大学出版社２００１．３
【５４】丁小东．电子设备的接地和接地设计【Ｊ】．机械电子工程，２００１．２
【５５】（美）ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ著．ＴＭＳ３２０Ｃ２８Ｘ系列ＤＳＰ指令和编程指南［Ｍ］．北京：清
华大学出版社，２００４
［５６】彭启琮，管庆等．ＤＳＰ的集成开发环境［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４
【５７】谭浩强．Ｃ程序设计【Ｍ】．清华大学出版社，１９９９．１２
【５８】ＴＭＳ３２０Ｆ２８ｘＥｖｅｎｔＭａｎａｇｅｒ（ＥＶ）ＲｅｆｅｒｅｎｃｅＧｕｉｄｅ，ＴＩ，Ｉｎｃ．５７
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
【１】卢旭．基于￥３Ｃ４４８０的嵌入式系统设计［Ｃ】．长安大学研究生科技论坛，２００５年卷５８
长安大学硕士学位论文
致谢
本文是在我尊敬的导师汪贵平教授悉心指导下完成的。汪老师不仅传授给我丰富的专业知识和正确的学习方法，还使我明白了许多为人处事的道理。他严谨的治学态度、求实的工作作风、锲而不舍、勇于创新的学习精神深深地影响了我，使我受益匪浅。在此，谨向我的导师汪贵平教授表示最诚挚的谢意和深深的祝福！
同时非常感谢李登峰老师、靳引利老师、龚贤武老师和雷旭老师以及帮助过我的信息工程学院其他老师，感谢他们在我研究生求学阶段及论文完成中所给予的指导和帮助。
衷心感谢朱春平、姚佼、王静、余婧、张皎等在研究生学习期间所有给予我关心和帮助的同学和朋友们；感谢师兄朱敏杰、陈晓明所给予我的关心和帮助；同时感谢任娜、陶涛、周水生、郭凯、刘晓红等师弟师妹们，在此向他们致以最诚挚的谢意！
从２０００年到２００７年，我在长安大学整整学习、生活了７个年头，校园里留下我求学的匆匆脚步，晨读的琅琅书声以及成功的欢呼雀跃，７年的经历成为了我一生的财富。衷心感谢我的母校长安大学。
最后，衷心感谢我的父母、亲人和我的朋友，感谢他们在我攻读硕士学位期间给予我的全力支持和帮助。在此向他们致以最崇高的敬意和最诚挚的谢意１５９
电动汽车驱动控制系统的研究与设计
作者：
学位授予单位：卢旭长安大学
1.学位论文 胡伟 电动汽车电机驱动系统可靠性研究 2007
能源危机促进了电动汽车的发展，作为其关键部件之一的电机驱动系统的可靠性直接影响着电动汽车的广泛应用，因此，电动汽车电机驱动系统可靠性研究意义重大。 本文在分析电动汽车电机驱动系统故障模式的基础上，建立了电动汽车电机驱动系统故障树，并采用故障树分析法定性分析电机驱动系统可靠性。通过故障树分析方法，确定了电机驱动系统可靠性薄弱环节，分析了电机驱动系统可靠性的影响因素。 为了获得电机驱动系统可靠性影响参数的相关数据，自主研制了一套车载路试测试系统，该测试系统具有测量精度高、同步性好、可扩展性强、体积小、安装方便等优点，将它应用于121线纯电动公交车获得大量数据。通过样本分析，从大量数据中获得电机驱动系统可靠性影响参数，为电动汽车电机驱动系统的可靠性分析打下基础。 在上述工作基础上，建立了以电机转速和电机扭矩为输入量的电动汽车电机驱动系统可靠性模型，利用MATLAB仿真软件对该可靠性模型进行了仿真。以中科院电工所研制的100/160Kw纯电动客车电机驱动系统为例，进行纯电动客车电机驱动系统可靠性预计，获得纯电动客车电机驱动系统可靠性指标，如平均无故障工作时间和系统寿命等，并和示范运营历史数据比较，验证了模型的正确性，同时其可靠性预计结果验证了“十一五”提出的有关电动汽车电机驱动系统可靠性考核指标的合理性。
2.期刊论文 胡伟.温旭辉.刘钧.Hu Wei.Wen Xuhui.Liu Jun 电动汽车电机驱动系统可靠性模型及预计 -电气传动2007,37(12)
能源危机促进了电动汽车的发展,作为其关键部件之一的电机驱动系统的可靠性直接影响着电动汽车的广泛应用.重点对电动汽车电机驱动系统可靠性进行分析.建立了电动汽车电机驱动系统可靠性串联模型.直流母线支撑电容、大功率电子器件、控制电路、轴承和绝缘的失效是电动汽车电机驱动系统的主要失效模式.基于已建立的可靠性模型,采用元器件应力分析法预计电动汽车电机驱动系统的可靠性.
3.学位论文 李斌花 纯电动汽车电机驱动系统控制策略研究 2005
在环境压力日益紧张的今天，电动汽车的研究越来越受重视。现代电动汽车可分为纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。不论对于哪种电动汽车而言，电机驱动系统都是其不可缺少的一部分，其动力输出直接影响到电动汽车的动力性能，其能耗直接影响到电动汽车的续驶里程。
本文的研究方向是纯电动汽车电机驱动系统的控制策略。为了便于研究车辆动力性能，同时考虑到交流感应电机具有调速范困宽的优点，本文的研究选择了交流感应电动机驱动、传统机械驱动布置方式、固定减速比的电动汽车驱动系统作为具体研究对象。电机调速方法采用直接转矩控制技术。 本文的研究口的是:建立按照驾驶员操作来控制电动汽车驱动系统动力输出的控制模型，选择适当的控制策略，为直接转矩控制模块提供转矩给定值，从而使电动汽车电机驱动系统的动力输出达到驾驶员的驾驶口的。 研究中，首先建立了电动汽车行驶过程中的力学模型，并通过桑塔纳改装电动汽车道路试验，在一定程度上验证了该模型，在此基础上提出了两种控制模型。控制模型先选择了模糊控制策略，但由于受专家经验缺乏的限制以及输入量变化范困难于估计等因素的影响，该控制策略末能取得理想效果。而后，本文采用了一种变参数PID控制一基于车速偏差的增量式控制策略，仿真结果表明，该控制策略能够达到控制要求。进而对该控制策略在较为复杂的路而状况下进行了仿真，验证了该策略的可行性和有效性。 为了提高能量利用率，文章考虑了制动、减速时的能量回馈问题。
4.期刊论文 何洪文.余晓江.孙逢春.张承宁.HE Hong-wen.YU Xiao-jiang.SUN Feng-chun.ZHANG Cheng-ning 电动汽车电机驱动系统动力特性分析 -中国电机工程学报2006,26(6)
分析电机驱动系统的动力特性对完成电动汽车动力传动系的参数匹配具有重要的理论意义.从整车驱动角度分析提出了电动汽车电机驱动系统的理想动力特性:低于额定转速恒转矩,高于额定转速恒功率.电机驱动系统的峰值工作特性、额定工作特性是电动汽车动力传动系参数匹配计算的主要依据.电机基速和最高转速的选择对整车的加速性能起着决定作用.提出了特性描述参数.结合某电机驱动系统动力特性的实测数据给出了分析实例.
5.学位论文 王智磊 野马混合动力汽车电机及通讯系统的研究 2006
随着汽车工业的发展，燃油消耗以及尾气排放已成为人们生活中日益关注的焦点之一。为此，针对汽车行业，各国政府纷纷出台相关政策(如提高排放标准，提倡电动汽车的发展与使用等)以期望汽车工业在节能和坏保方面有所改善。我国政府也已将电动汽车的发展列入863计划并写入了20xx年的《汽车产业发展政策》中去。电动汽车的发展已是大势所趋。 广义的电动汽车包括纯电动汽车和混合动力电动汽车，纯电动汽车由于使用电能工作，无排放无污染，因此最终将代替传统汽车。但由于目前电池价格较高并且电池技术仍未突破，纯电动汽车的发展倍受制约，在这种情况下，混合动力电动汽车作为电动汽车的一个重要分支，它的发展被认为是目前最为可行方式。 本课题是野马混合动力电动汽车的开发与研究，课题来源是四川汽车工业集团，课题的目的是将该集团生产的野马汽车改装成混合动力电动汽车。本人主要负责对混合动力电动汽车中的电机驱动系统进行分析，并对电机驱动系统的通讯问题做了部分研究。 电机驱动系统作为混合动力汽车关键技术之一，这是传统内燃机汽车上所没有的部分，并且通过分析，混合动力汽车上使用的电机与传统工业电机有着很大的差异，也与纯电动汽车上使用的电机也有着一定的区别。电机驱动系统的研究暂时还没有成熟的技术加以借鉴，只能从目前为数不多的成功的混合动力汽车产品上得到参考和启示。本文对目前常用的几种电机系统进行了分析和比较，并对兰州环式电机厂的环式电机进行了分析。 混合动力电动汽车从动力组合的角度可以分为串联、并联和混联三种结构，每一种结构在具备自身独有优点的同时，也有一些不可避免的缺陷(串联式改装灵活，控制简单，但汽车动力性能差；混联式能量利用率最高，但动力总成开发难度大，控制复杂；并联式改装方便，但发动机优化控制难度较大)，在对这三种结构形式进行分析和比较的基础上，提出野马汽车的改装方案，并进行可行性分析，最终选择基于兰州环电的ISG电机辅助动力改装方案，同时给出了此方案下电机系统的作用以及相应的能量控制策略。 另外，电机驱动系统作为混合动力汽车的组成部分之一，它与其它部分的有效通讯是必不可少的。本文在最后部分，对电机驱动系统的通讯问题做了一定的分析，在对CAN总线技术以及对混合动力汽车的结构原理进行分析的基础上，研究了基于CAN总线的野马混合动力汽车控制系统的网络拓扑结构。根据CAN节点系统结构框图，完成了CAN节点硬件的设计和软件的初步调试。并通过实验，模拟了节点间的通讯，为整车通讯系统的完善打下了良好的基础。
6.学位论文 赵栋利 电动汽车电机驱动系统效率最优控制研究 2003
该文针对电动汽车电机驱动系统的效率最优控制问题进行研究.在综述国内外有关文献的基础上,分析了电机驱动系统各部分的损耗,给出了电机总损耗中铜损和铁损之间的关系.通过建立考虑铁损的感应电机物理模型,推导出了考虑铁损的感应电机动态、稳态方程及等效电路图.应用稳态模型,建立了用于效率最优控制的感应电机损耗模型,给出了效率最优控制算法.在上述分析的基础上,该文将定子磁链幅值恒定条件下矢量控制策略应用于电动汽车电机驱动系统中,给出了效率最优控制与矢量控制相结合的设计方案.最后,应用MATLAB对效率最优控制方案进行了仿真,对电动汽车不同工况下这一方案的有效性进行了研究,给出了磁链、效率及感应电机的经济运行区曲线.研究表明,采用效率最优控制策略后,电机的高效运行区域明显增大.
7.期刊论文 胡伟.温旭辉.刘钧.HU Wei.WEN Xu-hui.LIU Jun 电动汽车电机驱动系统寿命模型 -电机与控制学报2008,12(6)
针对电动汽车电机驱动系统在运行过程中承受剧烈的热应力容易导致系统出现故障的问题,从热应力疲劳失效的观点出发,分析了系统寿命影响因素及其薄弱环节的失效机理,提出了一种以电动汽车电机驱动系统运行工况和电机输出扭矩为输入建立系统寿命模型的方法.建立了100/160 kW纯电动大客车电机驱动系统寿命模型,并以北京121电动公交车的实际运行工况为模型输入预计了系统寿命.
8.期刊论文 电动汽车电机驱动系统最大效率控制综述 -微电机2006,39(3)
电动汽车以其高效率、低排放等优点受到越来越多的重视.由于二次电池储存能量的有限性,因此电机驱动系统的效率是增加续驶里程,降低成本的关键之一.对电动汽车电机驱动系统最大效率控制进行了综述.从电机驱动系统着手,首先分析了最大效率控制的工作原理,对其实现方法和特点进行了重点阐述,并指出了最大的效率控制实现的条件.
9.学位论文 王桂姣 电动汽车轮毂电机驱动系统的运动特性与能量分配 2009
由于电动汽车（EV，ElectricalVehicle）是零排放或近零排放的交通工具，随着环保和能源问题日益受到关注，电动汽车的研究开发被看作是解决能源和环境问题的一种有效手段。近几十年它又呈现加速发展的趋势。它结构简单、紧凑、占用空间小、容易实现全轮驱动，因此得到广泛应用。在电动汽车诸多电力驱动系统中，轮毂电机驱动系统作为一种新兴的电动汽车驱动形式，正日益成为电动汽车领域的研究重点和研究热点。它直接将电机安装在车轮轮毂中，省略了传统的离合器、变速箱、主减速器及差速器等部件，大大简化了整车结构，提高了传动效率，因而成为未来电动汽车的发展方向。本文以电动场地车为原型，采用外转子式永磁无刷直流电机驱动、两后轮为驱动轮双后轮驱动汽车为研究对象，主要分析了基于轮毂电机的电动汽车驱动系统的性能与控制。 首先根据各种不同类型轮毂电机的特点，选择适合的电机类型，并简要分析该电机的工作原理和调速特性。接着建立电动汽车的动力学仿真模型，轮胎采用统一半经验指数模型，这个模型中可以较容易得到纵向、侧向力和滑转率，能较好的与整车和控制系统连接；取X、Y方向位移和横摆角三个自由度以及四个车轮转动建立整车动力学模型；电机采用永磁无刷直流电机模型，较为简单。控制系统的模型分别以转速和转矩两个不同参量为控制变量。由于Simulink是一个功能非常强大的仿真软件，将在Simulink中完成整车的动态仿真，建立各个子系统的模型，最后连接、运行，得出具体的结果并对其进行分析，主要对比分析了以转速和转矩两种参量为控制变量的动力性能、操纵稳定性能以及差速控制效果。 本课题将计算机运动仿真技术与现有的研究技术相结合，在使用轮毂电机驱动后，如果选型合适的电机控制方式，采用合理的差速控制方法——转矩型差速控制方式，即使摒弃了离合器、变速箱、主减速器和机械式差速器，车辆也能获得较好的操纵稳定性，减少轮胎磨损，为差速控制技术的完善和电动汽车的进一步改进提供依据。
10.期刊论文 胡伟.温旭辉.刘钧.HU Wei.WEN Xu-hui.LIU Jun 电动汽车电机驱动系统寿命模型研究 -电机与控制应用2007,34(12)
从系统所受热应力出发,分析系统寿命影响因素,提出了一种以电机驱动系统运行工况和电机输出扭矩为输入,建立电动汽车电机驱动系统寿命模型的新方法.利用该方法建立了100/160 kW纯电动大客车用电机驱动系统寿命模型.以北京公交121路车的工况为例,利用建立的寿命模型预计系统寿命,其预计结果和"八六三"项目规定的预期目标接近.
本文链接：http://d..cn/Thesis_Y1528217.aspx
下载时间：20xx年3月31日