辅以弱激磁驱动策略之电动机车马达控制系统制作

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1、輔以弱激磁驅動策略之電動機車馬達控制系統製作硏究生：許誌尤指導教授：胡竹生國立交通大學電機與控制工程學系將變〔以電能直接驅動之車輛在近年來因環保的需求下成爲一項車輛技術發展的重要方向。環顧我國車輛工業現況，以機車的自製率爲最大，同時由於其普及程度高，爲道路車輛屮相常'大的廢氣污染源，因此不論就產業政策面或環保面考量，均爲我國在電能驅動車輛技術發展的首要目標。邀動機車的關鍵技術包括：繼池、馬達及控制器。而控制器爲電動機車的心臟，其功能爲有效驅動馬達及控制機車之行進。控制器之技術包含控制訊號處理及驅動器兩大部分。不篇論

2、文將針對此技術，以數位訊號處理器爲核心，硏究並製作其硬體電路與軟體發展平台。同時本論文發展以弱激磁馬達驅動策略進行馬達控制實驗，並顯示其在效率與扭力之改善。簡介一部電動機車所包含之技術可以說涵蓋了非常多的領域，除了車體結構設計，傳動系統設計等機械專業領域外，也包含了複雜的機電控制系統，此機電系統一般而言可以分爲馬達控制系統，電瓶控制系統兩個主要部分。如何建構一個安全穩定又有效率的電動機車馬達控制系統，是一部電動機車是否有價値及是否爲消費大眾所接受的重要課題。因此，有關電動機車馬達控制技術之硏究，以及電瓶技術之硏發，

3、在各個學術機關可以說是如火如荼的展開。本篇論文的硏究重點在於設計一個良好的電動機車馬達控制系統，同時針對電動機車用DC無刷馬達提供一有效率及高扭力表現之驅動策略。在本篇的論文硏究中，我們有以下幾個重點與特色：-硬體方面我們建構了DSPBased的馬達控制硕體平台，以TI生產之TMS320F243晶片爲核心，發展出一套電動機車馬達控制系統硬體平台。藉由TMS320F243威力強大的週邊能力及高速運算能力，使我們能在此平台上發展出更穩定及更複雜之控制策略。乂體方面軟體方面則導入即時多工核心系統，使程式有較佳之維護性與系

4、統性。此外引入Unix系統DeviceDriver的觀念，使硬體設定與存取有一致的介面，如此一來，控制程式便儘可能的與硬體設定無關，增加了控制程式的可重用性。-驅動策略方面針對DC無刷馬達利用相角提前（弱激磁）來改善扭力不足的問題，此外也可以提高驅動效率，至於相角之決定方式乃以查表的方式來完成，因此本篇驅動策略硏究重點在於如構建這樣一個表，使系統自動去決定所須提前之相角，使電動機車在行進中能保持較佳之扭力表現與效率表現。硬體平台槪述我們知道，電動機車馬達控制系統的良就與硬體設計息息相關'目前市面上有許多運動控制專用

5、IC，因此選擇適常的控制晶片亦相當的重要。由於馬達控制系統除了需要計算之外,優異的週邊能力亦相當重要，因爲唯有如此才能兼顧有效率的控制及節省硏發的時間。爲了滿足上述的需求，我們選擇了TI公司所生產的TMS320F243晶片，這是一顆典型的DSP晶片同時搭配了許多馬達控制專用之週邊，價錢亦不昂責。常'然，一個車控系統其實是相常'複雜的，因此還得另外搭配其他數位及類比邀路。在此，我們設計了一個TMS320F243Based的電動機車馬達控制版。控制版槪觀圖如下所示：類比及驅動電路F243BasedEVMDC-DC於P

6、rogramRam上執行，可以Trace程式碼。六、CPU內部有8k之FlashMemory，當CPU處於Micro-Computer模式時，則執行燒錄於FlashMemory之程式。七、F243及FPGA之腳位皆有外拉，使版子有擴充與修改之彈性。）、CPU本身有AD，PWM，Capture»DigitalI/O，QEP，SCI（UART）,SPI，CanModule等週邊能力。九、RealTimeTimer（DSBOS）。類比及驅動電路一、IR2II0之電路（MOS旧之前級驅動IC）。二、馬達過溫保護及適電流之

7、限流保護電路。三、'電瓶、馬達'電流、油門輸入訊號濾波及放大電路。四、Relay、蜂鳴器、LED等控制電路。五、HallSensor訊號輸入°六、PWM訊號轉成D（，電壓超路（控制邀暈及時速表）。七、腳架，Turbo，煞車等訊號輸入。車控系統槪F243EVMBasedEVM板F243EVMBasedEVM電路的主要特色如下:一、核心採用TMS320F243（20MIPS）DSP晶片二、搭配一顆FPGA（MAX7000系列），目前規劃有一個Timer»一個Digital的I/O，及HallSensor之數位濾波電路，

8、以及記憶體和I/O解碼'归路。此部分超路有隨修隨改的彈性。三、仍PUART與PC間之Tranceiver電路。四'Can-Bus之Tranceiver電路°五、設計搭配64k的DataRam及ProgramRam»當CPU處於Micro-Processor模式時»程式驅動控制系統是以TMS32OF243是整個系統的核心，在這個核心系統中，主要的輸入訊號有: