电动车驱动控制系统的研究与设计

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1、上海交通大学工学硕士学位论文摘要电动车驱动控制系统的研究与设计摘要电机的驱动控制系统是电动车设计中的关键和重点。针对一类新型的两轮自平衡电动车开发的电机驱动控制系统，必须满足很高的安全性和可靠性要求。本文所设计的电机驱动控制系统，用于对永磁电机进行控制；从实际两轮自平衡电动车的驱动要求出发，驱动控制系统可以分别用于控制两类不同的永磁电机：六相永磁同步电机和六相直流无刷电机。由于六相永磁电机较之一般的三相电机具有更高的安全性保证，这为驱动控制系统的安全性、可靠性设计创造了有利条件。同时，在驱动控制系统设计时，充分利用六相电机的结构特点，设计了满足冗余的控制

2、系统。控制系统的核心采用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407A。当电机或控制系统的一部分发生故障时，未发生故障的那部分控制系统可以保证电动车能够继续保持平衡状态，并确保电动车有足够的时间减速停车。本文首先分析了两轮自平衡电动车驱动控制系统的需求，选择合适的永磁电机设计驱动控制系统。然后，针对所选定的控制系统所需的两类六相永磁电机——永磁同步电机和直流无刷电机，分别建立合适的数学模型，分析其内部结构中所包含的可靠性因素——当电机的部分绕第I页上海交通大学工学硕士学位论文摘要组开路时，其输出功率和输出转矩的变化情况。并根据两类电机的数学模型选择合适的

3、控制方式。并且，根据安全性、可靠性的要求，设计恰当的电机驱动控制系统结构。通过冗余设计的思想，充分利用了六相电机内部结构的可靠性。文章依据所设计的电机驱动控制系统结构框架，设计了系统的软硬件实现。其中，硬件部分以DSP芯片TMS320LF2407A为核心进行开发，考虑了电机的驱动、闭环控制、与上位系统的数据通讯、供电以及系统保护等因素。软件部分以实现电机的控制算法为主；同时，由于采用冗余结构，即两块DSP芯片分别控制，需要解决数据之间的同步问题。最后，本文给出了实际的电动车驱动控制系统实验系统，并分析了实际设计和调试中遇到的工程问题。关键词：六相永磁电机

4、，驱动控制系统，可靠性，冗余设计第II页上海交通大学工学硕士学位论文ABSTRACTTheResearchandDesignofDriveControlSystemforElectricalVehicleABSTRACTThedesignofdrivecontrolsystemisoneofthemaintopicsinelectricalvehicleimplementation.Foranoveltwo-wheelself-balancedelectricalvehicle,itsdrivecontrolsystemmustmeetthehighde

5、mandofsafetyandreliability.Inthispaper,suchkindofdrivecontrolsystemhasbeenintroduced.Thissystemisdesignedtocontrolsix-phasePermanentMagnetMotors,andisbasedonTI’sDSP-TMS320LF2407A.Sincesix-phasePermanentMagnetMotorshavemuchhigherreliabilitythanthenormalthree-phasemotors,ithasprovi

6、dedlargepotentialforthecontrolsystem’ssafety.Meanwhile,theredundantstructureofsix-phasePermanentMagnetMotorscanbefullyexploitedbythedrivecontrolsystem.Whenpartofthedrivecontrolsystemcannotworkproperlyanylonger,therestofthesystemcandrivetheelectricalvehiclealoneandleadittoshutdown

7、safely.Duringthedesignofdrivecontrolsystemfortwo-wheelself-balancedvehicle,severalproblemsshouldbeconsideredcarefully.Inthispaper,thedemandsoftwo-wheelself-balancedvehicleareanalyzedfirstly.Thosedemandsdeterminethestructureofdrivesystem.第III页上海交通大学工学硕士学位论文ABSTRACTSecondly,themath

8、ematicalmodelsoftwokindsofsix-phasePerma