一种电动汽车用开关磁阻电机控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种开关磁阻电机控制器，尤其适用于开关磁阻电机电动汽车驱动系统。
【背景技术】
[0002]环境问题日益严重的今天，发展绿色交通成为一个重要的课题，电动汽车具有无污染、低噪音等特点，成为比较理想的交通工具。开关磁阻电机因其结构简单坚固耐用适用于恶劣条件下工作、可靠性高、调速性能优越、控制灵活、具备再生发电能力等特点，适用于电动汽车驱动系统。
[0003]开关磁阻电机是在交流调速技术发展到80年代时，出现的一种新型电机，它具有结构简单、起动性能好、效率高等优点。由开关磁阻电机构成的调速系统兼有异步电动机变频调速和直流电动机调速宽的特点，其运行性能和经济指标优于普通的交流调速系统，被认为是在电动车中一种极具潜力的驱动方式。开关磁阻电机转子上没有任何形式的绕组，而定子上只有简单的集中绕组，绝缘结构简单，制造简便，成本低，且发热大部分在定子，易于冷却，转子机械强度高，电机可高速运转而不变形，易于实现加、减速。电机具有高起动转矩、低起动电流，适用于电动汽车频繁起停和正反转速运行。因此，开关磁阻电机在电动汽车领域具有很大的应用前景。
[0004]车用开关磁阻电机控制系统包括蓄电池、开关磁阻电机、功率变换器、控制器及检测装置等。其中开关磁阻电机是开关磁阻电机控制系统中实现能量转换的部件，也是开关磁阻电机控制系统有别于其他电动机控制系统的主要标志。功率变换器向电机提供运转所需的能量，由蓄电池供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息，控制功率变换器中主开关器件的工作状态，实现对电机运行状态的控制。
[0005]目前应用于电机控制的控制器很多，作为电动汽车驱动系统的控制芯片，不仅要有相对丰富的资源和较快的处理速度，还要有较低的成本和很强的抗干扰能力。dsPIC是一种具有单片机和DSP数据处理功能的16位数字信号控制器。它不但保留了单片机的基本性能、丰富了外围模块，还兼具DSP的高速运算能力，是嵌入式系统设计的最佳解决方案之一。由于集多种功能于单一芯片，从而大大节省了电路板空间，因此，dsPIC在功能上和数字信号处理能力上比以往所使用的单片机有了很大的提高，相比于DSP它具有比较宽的供电范围和很强的抗干扰能力，而且价格也非常具有竞争力。与由纯软件编程实现的数字控制相比，CPLD用硬件连线实现其软件算法，具有可预测的延时和更好的实时性，提高了运算速度，增强了系统的抗干扰性能。CPLD内部有丰富的触发器和I/O引脚，有利于系统的改进和二次开发，且用户可根据自身需要直接调用CPLD内部的库资源。因此，控制电路采用“dsPIC+CPLD”的设计方法，可以减小电路板的体积，提高抗干扰能力。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电动汽车用开关磁阻电机控制器，该控制器驱动开关磁阻电机时，电机工作稳定可靠，调速范围宽，控制性能良好，在较宽的转速范围内保证高效率，增大电动汽车的连续行驶里程，满足电动汽车的不同运行工况。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种电动汽车用开关磁阻电机控制器，包括与电机相连的功率变换器电路、数字信号控制器dsPIC控制板和可编程逻辑器件CPLD控制板，功率变换器采用三相不对称半桥型主电路。
[0007]所述功率变换器电路包括直流电源Us、电容G、三对续流二极管忍和4、爲和忍、岛和4，功率开关管5；和6、€和5^分别构成三对上下桥臂，电机三相绕组A、B、C分别置于所述三对上下桥臂之间。
[0008]控制器主控电路采用数字信号控制器dsPIC和可编程逻辑器件CPLD协同工作，其中所述dsPIC控制板包括电机绕组电压和电流的A/D模数转换、磁链检测、转矩估计、转矩调节、电流调节、速度计算和转换角度优化，dsPIC与CPLD相连接进行数据通信，实现对位置信号的控制和所需PWM波的输出。
[0009]本发明的有益效果是，模数A/D采样可以采集三相电流和三相电压，实现行车过程中对电机的运行情况实时监控。通过采集电流可以实现低速运行时的电流斩波控制。通过dsPIC对位置信号定时器的延时或者角度细分处理，可以实现高速运行的角度位置控制。另外，结合电流斩波控制和角度位置控制策略，通过采样给定转速及实现转速的算法处理，可以实现平稳的转速闭环控制。采集的三相电流和电压经过磁链积分电路后可以实现实时观测磁链进而实现电机的无位置传感器的运行。利用转矩估计器可以实现对转矩的实时监测，从而实现电动汽车的转矩闭环控制。
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0011]图1为本发明开关磁阻电机驱动系统结构框图。
[0012]图2为本发明功率变换器电路。
[0013]图3为本发明控制器主控电路。
[0014]图中标号说明 G—直流电源
G—电容
D1' D2' 4、Di, 4、4一续流二极管 5；、S、S、、S。S5、S6—功率开关管 A、B、C一电机三相绕组 ia—电机A相绕组电流 ib—电机B相绕组电流 ic一电机C相绕组电流 ua—电机A相绕组电压 ub—电机B相绕组电压 Uc—电机C相绕组电压 P、Q、R一电机转子位置信号 51、S3、S5—上桥臂开关管三相信号
52、S4、S6一下桥臂开关管三相信号。
【具体实施方式】
[0015]如图2所示，所述功率变换器电路包括直流电源Us、电容Cs、三对续流二极管忍和忍、爲和忍、岛和^，功率开关管5；和6、53和S6分别构成三对上下桥臂，电机三相绕组A、B、6分别置于所述三对上下桥臂之间。
[0016]如图3所示，控制器主控电路采用数字信号控制器dsPIC和可编程逻辑器件CPLD协同工作，其中所述dsPIC控制板包括电机绕组电压和电流的A/D模数转换、磁链检测、转矩估计、转矩调节、电流调节、速度计算和转换角度优化，dsPIC与CPLD相连接进行数据通信，实现对位置信号的控制和所需PWM波的输出。dsPIC与CPLD引脚联接情况为:dsPIC引脚 IC [3..1]联接 CPLD 引脚 IC [3..1]，dsPIC 引脚 IC[6..4]联接 CPLD 引脚 IC [6..4]，dsPIC引脚 RE [9..0]联接 CPLD 引脚 RE [9..0]，dsPIC 引脚 RD [3..I]联接 CPLD 引脚 RD [3..I]，dsPIC 引脚 RD [6..4]联接 CPLD 引脚 RD [6..4]，dsPIC 引脚 IC7 联接 CPLD 引脚 IC7，dsPIC引脚SDIl联接CPLD引脚SDI1, dsPIC引脚SDOl联接CPLD引脚SDOl，dsPIC引脚SCKl联接CPLD引脚SCKl，dsPIC引脚U2RX联接CPLD引脚U2RX，dsPIC引脚U2TX联接CPLD引脚U2TX，dsPIC 引脚 CN22 联接 CPLD 引脚 CN22，dsPIC 引脚 CNl2 联接 CPLD 引脚 CN12。dsPIC引脚SCL、SDA分别为I2C模块的时钟线与数据线。I2C总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。
[0017]如图3所示，dsPIC引脚RD[3..1]为功率变换器A、B、C相上管的开关信号，位置的相控信号。
[0018]如图3所示，dsPIC引脚RD[6..4]为功率变换器A、B、C相下管的开关信号，CCC、PWM等的控制信号。
[0019]如图3所示，dsPIC引脚IC[3..1]用来将位置信号输入到CPLD引脚IC[3..1]中进行数字滤波滤除毛刺得到更可靠的信号再输入dsPIC中。
[0020]如图3所示，dsPIC引脚IC[6..4]用来将位置信号输入到CPLD引脚IC