基于DSP的电动汽车轮毂电机控制器设计

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1、·电机技术·!""#年第!$卷第$期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!基于!"#的电动汽车轮毂电机控制器设计傅周兴!王秋妍!芦刚"（!#西安科技大学电控学院$!%%&’"#西北工业大学机电学院$!%%$"）摘要介绍了电动汽车用永磁无刷直流轮毂型电机的数字控制系统，提出了一种基于()*的高效永磁轮毂电机控制器设计，其核心控制算法采用数字*+运算。采用()*+,-%./%!%，不仅简化了系统的外围设备，降低了系统的功耗，而

2、且提高了系统的准确性和实时性，具有较高的应用价值。关键词电动汽车()*控制器01(,2机的控制系统。$引言随着汽车工业的飞速发展，称之为绿色环保汽车的电动汽车，因其具有零排放污染、节约石油资源等优点，越来越受到重视，并成为"!世纪的重要交通工具。研究效率高、响应快、调速范围广、安全可靠的电动汽车驱动系统已成为必然。电动汽车的关键技术有四方面：电池技术、电机驱动及控制技术、电动汽车整车技术、能量管理技术［!］。电机驱动及控制系统作为电动汽车驱动系统的核心部分，它的性能直接影响电动汽车的性能指标。本文根据课题研究

3、实践，进行了电动汽车用轮毂电机控制器的软硬件设计。图!控制系统原理框图本设计电机采用三相星形绕组和“三相六拍—%控制方案!"%=方波型”驱动。主电路由蓄电池组提供直流控制系统主要由控制电路、霍尔位置传感器、电，不需要整流电路。系统上电以后，,*>将检电流传感器、驱动电路、功率逆变电路、直流永磁测到的电机霍尔位置传感器信号，作为相导通的控无刷电机以及,34总线通信接口组成，整个系统制信号，并由,*>解算出电机转速。当,*>接收具有体积小、结构简单紧凑、效率高、响应快等特到外部速度控制指令时，,*>将根据输入的给

4、定点。其系统原理框图如图!所示。转速和实际转速，产生一系列占空比变化的*<2控制电路的核心采用25678695:公司的!/位定脉冲信号，控制功率开关的导通和关断时间，实现点电机调速专用()*芯片()*+,-%./%!%。该芯片对直流无刷电机的速度闭环调节，使系统具有较好采用!/位（数据）改良的哈佛结构，具有专门的的动态和静态性能。硬件乘法器，采用流水线操作，有卓越的数据处理在系统的运行过程中，过流保护电路，可防止能力，可进行高速数字信号处理；支持;路*<2轮毂电机绕组电流过载而造成损坏。驱动保护电路输出；具有

5、输入捕捉、输出比较模块；两个事件管检测系统的当前运行状态，如果系统中出现故障，理模块；!/通道3／(转换器（!%位）。因此可减可通过故障保护电路，封锁*<2的输出。系统中少外围硬件电路，实现电机高精度、高效率控制，,34总线通信接口模块，更适合电动汽车的通信且控制灵活，抗干扰能力强，更适合于直流无刷电功能。—"!—基于1.$的电动汽车轮毂电机控制器设计!""#年第!$卷第$期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!在系统设计

6、时，还要合理进行软硬件的分工，需要三个电流传感器，本文采用一个电流霍尔传感以达到系统最优性能［!］。器（见图’），放置在直流侧，检测直流端电流，也完成了控制要求［<］。其工作原理是：电流传感!调速系统硬件设计器放在直流端，通过设定使$;,信号高电平有!"#$%&’(电机驱动电路原理图效，1.$的专用定时器（时基周期寄存器）$0=驱动电路如图!所示。驱动芯片选用安捷伦公$+5，设定$0#-6寄存器为连续加减计数方式，司生产的门极驱动光耦合器"#$%—&’()，其内部每六次$;,周期中断为一个电流采样周期，启动集

7、成集电极*发射极!#+（对于,-./+0而言是41#采样电流信号，这样每次进行电流信号采样!1.）饱和压降检测电路及故障状态反馈电路、兼的时刻均在$;,的有效期间，从而实现了单电流容#,-.／00%电平、光隔离、耐高压（最大电压传感器的相电流检测。可达’!223）、“软”关断等特点，同时还提供电!"!速度检测电路源欠电压保护、过电流保护等保护功能。本设计采本设计所采用的直流无刷电机有三个霍尔位置用双极性驱动方式，使电机在四个象限上工作，而传感器$4、$>、$#，且每隔&2?安装一个。它有且双极性驱动更适用于要

8、求伺服性能好、频繁并迅两个作用，一是用来控制电机换向，二是用来计算速实现电机正反转的场合（如电动车）。电机转过的角度，即电机转速。霍尔位置传感器的输出直接与1.$的电平变化通知端口相连。电机在正常运转的时候，传感器输出&个脉宽为’@2?电角度、依次滞后’!2?电角度、占空比为A2B的高低电平波形，转子位置信号波形如图&所示。图!驱动电路功率管采用4$0公司的功率开关管4$0!2,!!%35，它是一种