电动汽车驱动控制系统直接转矩控制的DSP实现

计算机与自动控制 　　　　《电机电器技术》　　　　2001年第3期

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电动汽车驱动控制系统直接转矩控制的DSP实现

周桂,蔡丽娟　(华南理工大学电力学院,广州　510641)

摘　要:电动汽车驱动系统要求效率高、响应快。本文提出了一种适合于电动汽车的

控制策略。该方法采用直接转矩控制来控制感应电机的转矩。通过对定子和转子电阻进行在线估测,并且使用TI公司的数字信号处理器(DSP)

TMS320F240来实现,结果表明,该方法在低速时很有效。

关键词:电动汽车;直接转矩控制;感应电机;DSP

中图分类号:TM301.2　文献标识码:A　文章编号:1004-0056(2001)03--03

1　引言

从环保的角度,目前使用汽油和柴油作代,因此发展具有响应快、能[1]);)高起动转矩和低速大转矩);(4)

能

(5)。为,(FOC)()来实现。矢量控制技,以转子磁场定向,,实现了对交流电动机的转速和磁链控制的完全解耦。然而由于系统特性受电动机参数影响较大,极大地影响了弱磁区的转矩性能。并且坐标变换比较复杂,使得整个系统复杂而且难以实现。本文设计了一种响应快、效率高的直接转矩控制方案,通过使用DSP来实现对电机转矩的实时控制。如图1是用DTC控制的对定子电阻进行估计的感应电机驱动系统方框图。

2　直接转矩控制

直接转矩控制(以下简称DTC)是德国学者Depenbrock于80年代中期提出的一种交流调速控制系统,它是继矢量控制之后,交流传动控制系统发展的又一个里程碑。其主要原理是根据磁通、转矩的状态,选择逆变器开关状态,优化电压向量,把磁通和转矩控制在一定的容差范围内,从而达到对磁通和转矩直接、死循环控制的目的。该控制方法具有控制原理简单、转矩动态响应快、需要的传感器少等特点。但是现在大多数的文献都假设电动机的定子电阻值保持不变,实际上当电动机运转一段时间后,电动机的温度会升高,

图1　DTC控制的感应电机驱动系统

计算机与自动控制 《电机电器技术》　　　　 34 2001年第3期　　　　引起定子电阻的变化,使得定子磁通的估计

不准确,导致对转矩控制出现较大的脉动。本文利用DSP的快速运算能力对电动机定子电阻进行在线估算,改善了电动机的运行特性,结果表明这种方法在低速时效果明显。2.1　异步电动机数学模型的基本方程

在DTC控制中,常常采用空间向量的数

α学分析方法,感应电机在正交定子坐标系(

-β坐标系)中的模型为:

Ψ(1)VS=RSiS+

dtΨωmΨr(2)O=Rir++jdt

ω(3)Td=TL++m

PdtP

定子磁通和转子磁通分别如下:ΨS=LSSiS+Mir()

Ψr=MiS+Lrrir

2.2　定转子电阻RS、Rr51/2

M2)i2s]

(11)

1/2Ψr3=[(2PrLrr/ωs)-(LssLrr-M2)i2(12)s]

3

其中:Pr=(Vβsiαs-Vsaiβs)/2是有功功率,isqr

321/2

),imr=Ψr3/M=(i2s-imr

定子电阻估测的流程图如图2所示。

↓

↓

↓

↓

　参考[4],:

ΨΨ(6))=(+dtdtdt

)(7)=-()+(1+υυdtdtdt

其中υ=M/Lrr,由此可得Ψr的幅值和相角

21/2-1

θ((Ψα为:Ψr=(Ψ2　αr+Ψβr)r=tanr/Ψβr)

由于定子电流为正弦波,则有在α-β坐标系中,定子电流可以表示为:

ωst)　　ωst)iαiβs=|is|cos(s=|is|sin(

[5]由方程(2)、

(3:

α(13)r=(Ψαs-Lssiαs)/MΨβ(14)r=(Ψβs-Lssiβs)/M再由方程(2)得到

2

Rr=[-d(Ψ2αr+Ψβr)/dt]/[2(Ψαriαr+Ψβriβr(]

(15)

最后,得到转子电阻的估算值为:

Rr=[2d(Ψr3)2/dt/2]/{[(M2-2LssLrr)/M2]Ψs3 is3-[Lss(M2-LssLrr)/M2]is32+LrrΨs32/M2}

(16)

(12)计算所上式中Ψs3和Ψr3是由方程(11)、

得到的实际值,is3是测量到的定子相电流。

3　系统的DSP实现

由于系统的实现对实时性要求比较高,普通的单片机不能达到要求。因此采用美国TI公司于1997年推出的专门用于电机控制的DSP芯片TMS320F240[6]。它的内部总线采用哈佛结构,指令执行速度为20MIPS,绝大部分指令都可以在50ns单周期内执行完毕。TMS320F240内部有32位累加器,有8K的FlashROM、512字节的RAM、4个独立的定时器、16位外部数据总线,是一个功能强大的数字处理器。而且它还专门为电机控制提供了独特的资源。如12路PWM输出引脚,两个带有16个输入通道的10位ADC转换

对以上两式进行微分,并代入(1)式得:VαVβs=Rsiαs-ωsΨβs　s=Rsiβs+ωsΨαs

(8)

由(8)以及Td=()M(Ψαsiβs-Ψβsiαs)得:3

222221/2

ω(ω2ω2Ψ)

(9)Rs=

2i2s

3)(10)Td3=(2P/3)(M/Lrr)(Ψr3isgr

以上方程里,VS、is是可以测量到的值,而ωsΨr3计算如下:是由电机模型决定的,Ψs3、Ψs3

2))()-()(LssLrr-=[(

ωsLrrLrr

计算机与自动控制 　　　　《电机电器技术》　　　　2001年第3期器,可编程的死区控制单元,可编程的空间PWM控制方式。应用这些资源可以大大简化电机控制系统的硬件结构,它的高速性能能够使得复杂的控制策略得以实现。以F240为核心设计的电机控制系统能够达到系统最小、实时性最强、性能最好的一种方案。在实际实现时,图1中的电流电压的3/2相变换、定转子磁通的计算、定转子电阻的估测、最优效率的控制、转矩和转速值的计算、开关信号的选择都是TMS320F240来实现的

。

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4　结论

由于电动汽车电源功率有限,因此要求有一个高效的驱动系统。这个驱动系统必须满足反应快速、结构简单,通常采用DTC控制来实现。它的主要缺点是要依 …… 此处隐藏：1799字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……