基于FPGA的两驱电动汽车用SRM调速系统的设计

摘要

随着汽车保有量的不断攀升，化石燃料的使用量也达到了前所未有的高峰，因此，在过去的二十年中，许多国家都面临着能源短缺和环境污染等问题。为了改善这种现状，汽车的电动化研究已成为世界各国汽车产业最为重要的课题。电机的驱动技术是纯电动汽车领域中最为关键的技术之一，不同种类的电机所依赖的驱动技术也不尽相同。开关磁阻电机得益于结构简单、对安装环境的要求低、不使用永磁材料而造价低等优点，已成为电动汽车工业研究的主要方向之一。
　　本文对开关磁阻电机驱动技术在电动汽车中的应用进行了研究，文中所使用的电机为3.5KW高效率三相12/8极开关磁阻电机。将此电机搭载在试验用小型电动汽车上，为此车设计一套启停系统，暨电机的调速系统，并对系统进行实际的走行调试，是本研究的主要工作，主要包括:
　　首先，通过拜读与本研究相关的国内外文献，回顾和总结开关磁阻电机的发展历程和在汽车行业的应用状况，并于本文中介绍开关磁阻电机及其驱动系统的性能特点和发展趋势。
　　其次，对开关磁阻电机的基本原理和结构做详细介绍，并着重对其数学模型和线性模型进行分析。
　　再次，介绍和对比几种控制方式的优劣，选定本研究中要使用的励磁方式，及调速方式。
　　从次，根据高效率开关磁阻电机特性，设计与之匹配的驱动系统，并建立与此系统具有相同结构的Simulink仿真模型，对其中的各个模块进行介绍。完成角度控制方式下的系统仿真。
　　然后，完成此电动汽车用基于FPGA的3.5kW电机驱动系统的软件及硬件设计，分别对硬件的各部分进行选择和搭建，详细地对软件所用程序的书写理论和逻辑进行介绍。
　　最后，进行空载实验和载人运行实验，并获取具有研究价值的实验结果，分析这些结果为今后的研究打下物质基础，并对未来的实验方向进行思考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 电动汽车工业的发展概况

1．2 电机驱动系统的发展概况

1．2．1 主要的几种电动车用电机驱动系统

1．2．2 开关磁阻电机驱动系统的发展现状

1．3 开关磁阻电机驱动系统的性能特点

1．3．1 开关磁阻电机驱动系统的简介

1．3．2 开关磁阻电机驱动系统的优劣

1．4 电动车用开关磁阻电机驱动系统的发展趋势

1．5 本文的研究内容

2 开关磁阻电机的基础理论和控制方式

2．1 开关磁阻电机的结构

2．2 开关磁阻电机的原理

2．3 开关磁阻电机的数学模型

2．4 开关磁阻电机的线性分析

2．4．1 转子位置的定义

2．4．2 电感与转子位置的关系

2．4．3 电磁转矩

2．4．4 绕组电流

2．4．5 转速调节

2．5 开关磁阻电机的控制方式

2．5．1 角度位置控制(APC)方式

2．5．2 电压控制(VC)方式

2．5．3 电流斩波控制(CCC)方式

2．5．4 本课题采用的控制方式

3 电动汽车用开关磁阻电机调速系统的仿真

3．1 橛l述

3．2 SRM模型

3．2．1 本课题所用SRM的参数

3．2．2 电磁系统模型

3．2．3 机械系统模型

3．3 控制器模型

3．4 半桥功率变换器模型

3．5 仿真结果

4 车用SR电机调速系统的硬件设计

4．1 小型试验用电动汽车的结构

4．2 SRM驱动系统的结构

4．2．1 概述

4．2．2 系统结构

4．3 系统所用的开关磁阻电机介绍

4．4 FPGA单元的构成

4．5 功率变换器

4．6 位置检测器

4．7 电流传感器

4．8 过电流保护电路

4．9 IGBT驱动电路

5 车用SR电机调速系统的软件设计

5．1 四倍频信号发生模块

5．2 转子转向检测模块

5．3 位置计数器模块

5．4 励磁信号发生模块

5．5 电压PWM发生模块

6 实验结果分析

6．1 实验系统说明

6．2 单轮运行测试

6．2．1 启动响应测试

6．2．2 占空比10％的运行状况

6．2．3 占空比50％的运行状况

6．2．4 占空比100％的运行状况

6．3 双轮运行测试

6．3．1 占空比10％的运行状况

6．3．2 占空比50％的运行状况

6．3．3 占空比100％的运行状况

6．4 实验结果分析

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况