064]将所述用户发送的调节信号与转速值输入至外环PI调节器，得到外环控制量；
[0065]滤波后的电流值采用Clark变换和Park变换分解得到第一参考值和第二参考值，将所述第一参考值与系统设定值输入至第一内环PI调节器，得到第一内环控制量，将所述第二参考值与所述外环控制量输入至第二内环PI调节器，得到第二内环控制量；
[0066]将所述第一内环控制量与所述第二内环控制量采用Park逆变换得到电压值。
[0067]另外，由于FPGA有着规则的内部逻辑块阵列和丰富的线性资源，特别适合用于细粒度和高并行度结构的FIR滤波器的实现，相对于串行运算主导的通用DSP芯片来说，并行性和可拓展性更高。
[0068]应说明的是，所述矢量控制算法的核心就是将交流电机等效为直流电机从而进行控制，为了实现这一目标，需要将交流电机的物理参数转化为直流电机的参数。Park变换和Clark变换即为实现这一目标的转换。从物理意义上讲，Clark变换就是将将ia、ib、ic电流投影，等效到旋转的d、q轴上，将定子上的电流都等效到直轴和交轴上去，而Park变换则是实现旋转的直流系统向两相静止直角坐标系的转换。
[0069]进一步地，所述Clark变换和Park变换采用CORDIC算法，比起常用的计算三角函数、反三角函数以及双曲函数及其他超越函数的ROM查表法、多项式近似法等，CORDIC算法具有不需要硬件乘法器、可使用流水线、可循环迭代的突出优势，因此，本发明有关于三角函数的计算，均采用了 CORDIC算法。
[0070]进一步地，所述SVPWM模块113中三角函数的计算采用CORDIC算法，SVPWM的主要特点有:1、在每个小区间虽有多次开关切换，但每次开关切换只涉及一个器件，所以开关损耗小。2、利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单。3、逆变器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM逆变器输出电压高15%。
[0071]本实施例的基于FPGA的电动汽车控制系统包括:检测单元、FPGA控制单元、驱动单元、电动汽车车轮驱动电机，根据所述检测单元采集所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，结合用户发送的调节信号，采用矢量控制算法得到电压值，输出所述电压值至驱动单元，根据所述电压值，驱动所述电动汽车车轮驱动电机工作，由此提高了电动汽车的控制精度，增强了多电机扩展能力，并且成本较低。
[0072]图4示出了本发明第三实施例提供的基于FPGA的电动汽车控制方法流程示意图，如图4所示，本实施例的基于FPGA的电动汽车控制方法如下所述。
[0073]401、采集电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号。
[0074]本步骤中，应说明的是，为了满足响应和测量精度等问题，采用霍尔传感器采集电动汽车车轮驱动电机的电流和电压信号，具有响应快、精度高等优点。
[0075]另外，本发明对电机的个数不做限制，可根据实际需要进行多个电机的控制。
[0076]具体地，首先采用霍尔传感器采集电机的电流、电压信号，将所述电流、电压模拟量经过A/D转换器转换成数字信号并送入FPGA，而转速信号的采集则通过光电编码器利用FPGA的等精度采集方法，计数脉冲个数后，根据相应的公式计算得到所需物理量。
[0077]402、根据所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，结合用户发送的调节信号，采用矢量控制算法得到电压值，输出所述电压值至驱动单元。
[0078]本步骤中，具体步骤如下:
[0079]将采集到的所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压信号进行滤波处理；
[0080]接收用户发送的调节信号；
[0081]结合所述用户发送的调节信号和所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，采用双闭环PI调节控制，得到控制信号；
[0082]根据所述控制信号计算得到电压值，输出所述电压值至所述驱动单元。
[0083]应说明的是，采用FIR滤波器进行滤波处理，它可以保证在任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限的，因而滤波器是稳定的系统。
[0084]403、根据所述电压值，驱动所述电动汽车车轮驱动电机工作。
[0085]本步骤中，采用IGBT驱动电机工作，它集成功率晶体管GTR和功率场效应管MOSFET的优点于一身，广泛应用于变频电源和电机调速中。
[0086]本发明采用FPGA作为主控芯片完成集成信号的采集、运算、控制等工作，比起常用的DSP具有更快的运行速度和性能以及更低的价格优势，同时又以IGBT作为逆变系统控制感应电机的运行，具有更高的可靠性。
[0087]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1.一种基于FPGA的电动汽车控制系统，其特征在于，包括:检测单元、FPGA控制单元、驱动单元、电动汽车车轮驱动电机； 所述检测单元用于采集电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号； 所述FPGA控制单元用于根据所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，结合用户发送的调节信号，采用矢量控制算法得到电压值； 所述驱动单元用于根据所述电压值，驱动所述电动汽车车轮驱动电机工作； 其中，所述电动汽车车轮驱动电机与所述检测单元的输入端相连，所述检测单元的输出端与所述FPGA控制单元的输入端相连，所述FPGA控制单元的输出端与所述驱动单元的输入端相连，所述驱动单元的输出端与所述电动汽车车轮驱动电机相连。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA的电动汽车控制系统，其特征在于，所述检测单元包括: 用于采集所述电动汽车车轮驱动电机电流和电压信号的霍尔传感器； 用于采集所述电动汽车车轮驱动电机转速信号的光电编码器； 用于将所述电动汽车车轮驱动电机电流和电压信号进行A/D转换的A/D转换器； 所述光电编码器的输出端与所述FPGA控制单元的输入端相连，所述霍尔传感器的输出端与所述A/D转换器的输入端相连，所述A/D转换器的输出端与所述FPGA控制单元相连。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA的电动汽车控制系统，其特征在于，所述驱动单元采用IGBT驱动。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA的电动汽车控制系统，其特征在于，所述FPGA控制单元包括:数字滤波器、矢量控制模块、SVPWM模块、软核处理器、CAN总线模块； 所述数字滤波器用于将采集到的所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压信号进行滤波处理； 所述CAN总线模块用于接收用户发送的调节信号； 所述矢量控制模块用于结合所述用户发送的调节信号和所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，采用双闭环PI调节控制，得到控制信号； 所述软核处理器用于将实现用户与所述矢量控制模块的交互； 所述SVPWM模块用于根据所述控制信号计算得到电压值，输出所述电压值至所述驱动单元。
5.根据权利要求4所述的基于FPGA的电动汽车控制系统，其特征在于，所述数字滤波器采用FIR滤波器进行滤波处理。
6.根据权利要求4所述的基于FPGA的电动汽车控制系统，其特征在于，所述SVPWM模块中三角函数的计算采用CORDIC算法。
7.一种基于FPGA的电动汽车控制方法，其特征在于，包括: 采集电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号； 根据所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，结合用户发送的调节信号，采用矢量控制算法得到电压值，输出所述电压值至驱动单元； 根据所述电压值，驱动所述电动汽车车轮驱动电机工作。
8.根据权利要求7所述的基于FPGA的电动汽车控制方法，其特征在于，所述根据所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，结合用户发送的调节信号，采用矢量控制算法得到电压值，输出所述电压值至驱动单元，包括: 将采集到的所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压信号进行滤波处理； 接收用户发送的调节信号； 结合所述用户发送的调节信号和所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，采用双闭环PI调节控制，得到控制信号； 根据所述控制信号计算得到电压值，输出所述电压值至所述驱动单元。
9.根据权利要求8所述的基于FPGA的电动汽车控制方法，其特征在于，结合所述用户发送的调节信号和所述电动汽车车轮驱动电机的电流、电压和转速信号，采用双闭环PI调节控制，得到控制信号，包括: 将所述用户发送的调节信号与转速值输入至外环PI调节器，得到外环控制量； 滤波后的电流值采用Clark变换和Park变换分解得到第一参考值和第二参考值，将所述第一参考值与系统设定值输入至第一内环PI调节器，得到第一内环控制量，将所述第二参考值与所述外环控制量输入至第二内环PI调节器，得到第二内环控制量； 将所述第一内环控制量与所述第二内环控制量采用Park逆变换得到控制信号。
10.根据权利要求9所述的基于FPGA的电动汽车控制方法，其特征在于，所述Clark变换和Park变换采用CORDIC算法。
【专利摘要】本发明提供一种基于FPGA的电动汽车控制方法及系统，所述系统包括：检测单元、FPGA控制单元、驱动单元、电动汽车驱动电机，根据所述检测单元采集所述电动汽车驱动电机的电流、电压和转速信号，结合用户发送的调节信号，采用矢量控制算法得到控制信号，输出所述控制信号至驱动单元，根据所述控制信号，驱动所述电动汽车驱动电机工作，由此提高了电动汽车的控制精度，增强了多电机扩展能力，并且成本较低。
【IPC分类】H02P21-00, B60L15-00
【公开号】CN104742757
【申请号】CN201510145579
【发明人】杨杰, 王雷, 陆薇, 王新伟
【申请人】东北大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月31日