电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统的制作方法

文档序号:7330550阅读:174来源:国知局
专利名称:电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统的制作方法
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动控制技术领域,具体地说,涉及一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统。
背景技术
矢量控制技术是一种基于电动机转子磁场定向,以实现电磁转矩与转子磁通的解耦控制,来极大得改善系统动态响应能力的高性能调速控制技术。但矢量控制在构成转速闭环时,需要安装测量电机转速的测速电机或光电编码器,这不仅增加了成本和加大了安 装、维护的困难,也使系统易受干扰,降低系统的稳定性,且不适合在恶劣的环境中工作。而在无速度传感器的矢量控制系统中,为了获得转子磁场的位置,需要进行转子磁链的辨别。现在转子磁链的辨识方法主要有利用转子磁链的电压或电流模型、模型参考自适应方法、全阶状态观测器等,但这些方法存在着辨识精度不高或算法复杂等种种问题。更为重要的是现有的通用变频器包括无速度传感器输入的是其转速参数,系统会根据给定转速与自身转速估计构成的转速闭环来调整系统状态,使传速输出等于给定转速;而对电动汽车变频器来说,输入给变频器的是矩量,由驾驶员根据负载与车速的要求实现转矩控制,没有通常意义上的转速环,电动汽车中的电机控制系统需要实现的是电机转矩的高质量控制。电动汽车电机驱动系统需要满足以下几点要求I、电动汽车用电动机应瞬时功率大,过载能力强,加速性能好。2、电动汽车用电动机应具有较大的调速范围,低速时应该具有较大转矩,满足起动加速、负载爬坡的要求。3、电机及控制装置应结构坚固、体积小、重量轻、抗颠簸震动。4、整个系统应运行平稳,电气系统失效保障措施完善,汽车乘座舒适。5、电动汽车电动机及其控制系统最好能汽车减速时实现再生制动,将能量反馈给蓄电池,使得电动汽车具有较高的能源利用率。6、电动汽车电动机及其控制系统应该具有较高的效率,从而提高一次充电续驶里程。7、在满足以上条件的基础上,尽可能降低系统成本。可见,电动汽车用无速度传感器系统要求具有很好的动态性,对转矩给定必须及时准确地响应。

发明内容
本发明的目的是为了克服上述缺陷,提供一种具有良好的动态性、对转矩给定必须及时准确地响应并且降低系统成本的电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统。为解决上述问题,本发明所采用的技术方案是一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其由电源装置供电以驱动感应电动机,其特征在于所述电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统还包括
将直流分量的两相电流变换成交流分量的三相电流的第一坐标变换单元、接受交流分量的三相电流并与感应电动机相连的逆变器、将来自逆变器的交流分量的三相电流变换成直流分量的两相电流并与第一坐标变换单元相连的第二坐标变换单元、以转子磁场定向的位置角估计单元、与位置角估计单元相连的速度估计单元以及控制硬件的控制电路。进一步的说所述逆变器的主回路是由六个IGBT和每个IGBT反并联的一个续流二极管组成。逆变器的主回路直流侧与车载蓄电池串联,同时并联一个电容。逆变器的主回路有三个电压输出端,并且其中两个设有测电流的霍尔元件。更进一步的说所述位置角估计单元为带限幅的电压型转子磁链估计模型,并且位置角估计单元分别于第一坐标变换单元和第二坐标变换单元相连。所述控制电路包括TMS320LF2407DSP器件以及围绕DSP器件搭建控制电路的AD采样设备、外设故障保护设备、外设控制设备以及通过CAN总线与DSP器件连接的上位机监控系统。一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制方法,其由电源装置供电以驱动感应电动机,其特征在于所述电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤直接输入转矩量给控制系统,转矩量通过PID转矩调节器到达第一坐标变换单元;第一左边变换单元将直流分量的两相电流变换成交流分量的三相电压;逆变器接收交流分量的三相电压并驱动感应电动机运动;第二坐标变换单元连接在逆变器输出的交流分量的三相电压上,并将交流分量的三相电压变换成直流分量的两相电流,直流分量的两相电流通过导线传输到第一坐标变换单元;位置角单元为带限幅的电压型磁链估计模型,以感应电动机的转子磁场定向的电压型磁链估计模型进行转子磁链估计,在旋转坐标系下,能够方便的得到位置角,位置角传输到第一坐标变换单元和第二坐标变换单元;速度估计单元连接在位置角估计单元,输出运动量。本系统实施对电机转矩的高质量控制,使电机能够及时准确地响应给定转矩变化,算法简单可靠、鲁棒性强。以转子磁场定向的矢量控制实现感应电动机转矩与磁链控制的完全解耦,把感应电动机等效为直流电机进行控制,控制方法简单。获得旋转坐标位置角 是进行转子磁场定向矢量坐标变换的关键。采用电压型转子磁链估计模型进行转子磁链估计,电压模型不需要转速信息,也不包含随温升变化很大的转子电阻参数,仅需测得电机定子端电压电流便可进行精确的估计,把磁链限幅值设定为电机实际磁链值,实现其很好的积分功能,保证磁链估计的准确快速。下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。


图I是本发明的一种实施例的结构示意图;图2是逆变器主回路的结构图;图3是硬件控制板结构示意图。
具体实施例方式实施例一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,如图I所示,其由电源装 置供电以驱动感应电动机,还包括将直流分量的两相电流变换成交流分量的三相电流的第一坐标变换单元、接受交流分量的三相电流并与感应电动机相连的逆变器、将来自逆变器的交流分量的三相电流变换成直流分量的两相电流并与第一坐标变换单元相连的第二坐标变换单元、以转子磁场定向的位置角估计单元、与位置角估计单元相连的速度估计单元与位置角估计单元相连的速度估计单元以及控制硬件的控制电路。如图2所示,逆变器的主回路是由六个IGBT和每个IGBT反并联的一个续流二极管组成。逆变器的主回路直流侧与车载蓄电池串联,同时并联一个电容。逆变器的主回路有三个电压输出端,并且其中两个设有测电流的霍尔元件。位置角估计单元为带限幅的电压型转子磁链估计模型,并且位置角估计单元分别于第一坐标变换单元和第二坐标变换单元相连。如图3所示,控制电路包括TMS320LF2407DSP器件以及围绕DSP器件搭建控制电路的AD采样设备、外设故障保护设备、外设控制设备以及通过CAN总线与DSP器件连接的上位机监控系统。TMS320LF2407是专为电机实时控制而设计的高性能16位定点DSP器件,其内部集成了前端采样A/D转换器和后端PWM输出硬件,在满足系统实时性要求的同时可简化硬件电路设计。DSP硬件系统利用CAN总线与上位机监控系统相连,通过CAN总线定时向上发送电机及硬件信息,比如估计转速、转矩、电压电流值以及外设故障等,同时也会定时读取上位机所提供的实时控制信息,比如转矩转速指令等。软件部分是TMS320LF2407里面自带的工作程序,主要是包括主程序和中断服务程序两部分。主程序用来实现系统的初始化并且定时地通过CAN总线向上位机监控系统发送整个系统信息,并在发送信息状态的周期循环过程中等待中断。中断包括ropiNT硬件引脚中断和PWM中断。I3DPINT硬件引脚中断用来对变频器中的过压、欠压、过流以及IGBT故障进行处理,而PWM中断实现的是对电机电压、电流、给定转速等信息进行周期采集,并且按照指定算法(如磁链估计式和矢量控制算法)计算出输出电压值填写占空比,输出PWM波来控制IGBT的开合,输出电压给电机。电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤直接输入转矩量给控制系统,转矩量通过PID转矩调节器到达第一坐标变换单元;第一左边变换单元将直流分量的两相电流变换成交流分量的三相电压;逆变器接收交流分量的三相电压并驱动感应电动机运动;
第二坐标变换单元连接在逆变器输出的交流分量的三相电压上,并将交流分量的三相电压变换成直流分量的两相电流,直流分量的两相电流通过导线传输到第一坐标变换单元;位置角单元为带限幅的电压型磁链估计模型,以感应电动机的转子磁场定向的电压型磁链估计模型进行转子磁链估计,在旋转坐标系下,能够方便的得到位置角,位置角 传输到第一坐标变换单元和第二坐标变换单元。速度估计单元连接在位置角估计单元,输出运动量。
权利要求
1.一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其由电源装置供电以驱动感应电动机,其特征在于所述电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统还包括 将直流分量的两相电流变换成交流分量的三相电流的第一坐标变换单元、 接受交流分量的三相电流并与感应电动机相连的逆变器、 将来自逆变器的交流分量的三相电流变换成直流分量的两相电流并与第一坐标变换单元相连的第二坐标变换单元、 以转子磁场定向的位置角估计单元、 与位置角估计单元相连的速度估计单元以及控制硬件的控制电路。
2.根据权利要求I中所述的一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其特征在于所述逆变器的主回路是由六个IGBT和每个IGBT反并联的一个续流二极管组成。
3.根据权利要求I或2中所述的一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其特征在于所述逆变器的主回路直流侧与车载蓄电池串联,同时并联一个电容。
4.根据权利要求I或2中所述的一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其特征在于所述逆变器的主回路有三个电压输出端,并且其中两个设有测电流的霍尔元件。
5.根据权利要求I中所述的一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其特征在于所述位置角估计单元为带限幅的电压型转子磁链估计模型,并且位置角估计单元分别于第一坐标变换单元和第二坐标变换单元相连。
6.根据权利要求I中所述的一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其特征在于所述控制电路包括TMS320LF2407DSP器件以及围绕DSP器件搭建控制电路的AD采样设备、外设故障保护设备、外设控制设备以及通过CAN总线与DSP器件连接的上位机监控系统。
7.一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制方法,其由电源装置供电以驱动感应电动机,其特征在于所述电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制方法包括以下步骤 直接输入转矩量给控制系统,转矩量通过PID转矩调节器到达第一坐标变换单元; 第一左边变换单元将直流分量的两相电流变换成交流分量的三相电压; 逆变器接收交流分量的三相电压并驱动感应电动机运动; 第二坐标变换单元连接在逆变器输出的交流分量的三相电压上,并将交流分量的三相电压变换成直流分量的两相电流,直流分量的两相电流通过导线传输到第一坐标变换单元; 位置角单元为带限幅的电压型磁链估计模型,以感应电动机的转子磁场定向的电压型磁链估计模型进行转子磁链估计,在旋转坐标系下,能够方便的得到位置角,位置角传输到第一坐标变换单元和第二坐标变换单元; 速度估计单元连接在位置角估计单元,输出运动量。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车感应电动机无速度传感器矢量控制系统,其由电源装置供电驱动感应电动机,其特征是矢量控制系统还包括第一坐标变换单元、逆变器、第二坐标变换单元、位置角估计单元、速度估计单元以及控制电路。本系统实施对电机转矩的高质量控制,使电机能够及时准确地响应给定转矩变化,算法简单、鲁棒性强。以转子磁场定向的矢量控制实现感应电机转矩与磁链控制的完全解耦,把感应电机等效为直流电机进行控制,控制方法简单。获得旋转坐标位置角是进行转子磁场定向矢量坐标变换的关键,电压型转子磁链估计模型进行转子磁链估计仅需测得电机定子端电压、电流便可进行精确的估计,保证磁链估计的准确快速。
文档编号H02P27/06GK102638215SQ20111003819
公开日2012年8月15日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者陈跃明 申请人:陈跃明
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