基于TMS320F28035電動(dòng)汽車電機(jī)控制器

2011-2012德州儀器C2000及MCU創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽項(xiàng)目報(bào)告題目：基于TMS320F28035電動(dòng)汽車用電機(jī)控制器學(xué)校：重慶大學(xué)組別：專業(yè)組應(yīng)用類別：先進(jìn)控制類平臺(tái)：C2000題目：基于TMS320F28035電動(dòng)汽車電機(jī)控制器摘要：21世紀(jì)，純電動(dòng)汽車已經(jīng)成為了解決燃油車輛帶來(lái)的能源和環(huán)境問題的最有希望的方案之一。而電動(dòng)汽車電機(jī)控制器又是純電動(dòng)汽車的核心部分。本設(shè)計(jì)以TI公司的TMS320F28035為控制核心，設(shè)計(jì)了一款用于電動(dòng)汽車的低壓電機(jī)控制器，采用先進(jìn)的弱磁控制算法和效率優(yōu)化策略，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)輸出最大轉(zhuǎn)矩和達(dá)到較高的效率。Abstract：ELECTRICvehicles(EV)areseenasapossiblesteptowardsthesolutionofthepollutionprobleminurbanenvironment.Andthemotorcontrolleriscoreoftheelectricvehicle.BasedonTMS320F28035,wedesignamotorcontrollerusedinlowvoltageEV.Withtheadvancedcontrolscheme,wecangetthemaximumtorqueinthewholespeedrangeandthemaximumefficiency.1引言1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景20世紀(jì)90年代以來(lái)，汽車作為人類最重要的代步和交通工具，在全球范圍內(nèi)得到蓬勃快速發(fā)展。其實(shí)世界汽車工業(yè)總共發(fā)展了100多年，已經(jīng)成為世界上許多國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，在人類經(jīng)濟(jì)生活和生產(chǎn)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。進(jìn)入21世紀(jì)，在今后的50年里，全球人口將從60億增加到100億，汽車的數(shù)量將從7億增加到25億。如果這些車輛使用內(nèi)燃機(jī)的話，他們所需要的石油將不可估量，它們所排出的尾氣將無(wú)法處理，它們將對(duì)我們的環(huán)境造成巨大的傷害。這些問題迫使人們?nèi)ふ?1世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展的道路交通工具。另外，由于能源資源日益消耗，迫使人們重新考慮未來(lái)汽車的動(dòng)力來(lái)源，世界各國(guó)都競(jìng)相積極地研制新能源汽車，從而來(lái)替代燃料汽車。由于新能源汽車清潔無(wú)污染，能源形式多樣并且能量比重高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且維護(hù)方便，是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ钠嚒＝嗄陙?lái)，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家政府把電動(dòng)汽車的研究開發(fā)看作解決環(huán)境問題和能源問題的一種有效手段，在經(jīng)濟(jì)上給予大力支持。美國(guó)政府至今已出資數(shù)百億美元支持汽車廠商和相關(guān)廠商進(jìn)行電動(dòng)汽車技術(shù)的開發(fā)研究。美國(guó)三大汽車公司1991年聯(lián)合成立了美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)合體，投入了4.5億美元，其中政府撥款2.25億美元，共同開發(fā)鎳鎘、鎳氫、鋅空氣電池、燃科電池等各種高性能蓄電池。日、法、德等國(guó)各大公司也投入巨資研究開發(fā)高性能電池。在電動(dòng)汽車整車研究開發(fā)方面，至90年代末期，國(guó)外大汽車公司已開發(fā)生產(chǎn)了100多種型號(hào)的純電動(dòng)汽車、燃料電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車(表1)。其中，已有10多種純電動(dòng)汽車車型投入商業(yè)化生產(chǎn)；近年來(lái)，燃料電池電動(dòng)汽車成為新的開發(fā)熱點(diǎn)，美國(guó)計(jì)劃到2010年市場(chǎng)上燃料電池汽車占市場(chǎng)4%份額，達(dá)到60萬(wàn)輛，日本政府發(fā)布燃料電池汽車發(fā)展計(jì)劃--2010年5萬(wàn)輛，2020年500萬(wàn)輛；在純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車因技術(shù)和成本問題尚未進(jìn)入批量生產(chǎn)情況下，為了盡快降低燃油汽車的排放，美日等國(guó)正在廣泛研制混合動(dòng)力汽車，目前已經(jīng)開始小批量商業(yè)化生產(chǎn)。近些年來(lái)，國(guó)外著名的汽車廠商都在研制各類電動(dòng)汽車，并取得了一定的成就。如日本的豐田公司在1997年12月推出了世界上第一款批量生產(chǎn)的混合動(dòng)力轎車PRIUS，并在2000年后開始出口北美、歐洲。我國(guó)從“九五”期間就有計(jì)劃地開展了電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和整車研制工作，“十五”，“十一五”期間，我國(guó)已將電動(dòng)汽車列入“863”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。國(guó)家科委、計(jì)委在"八五"、"九五"期間組織了純電動(dòng)汽車的攻關(guān)，現(xiàn)在又將純電動(dòng)汽車列入"十五"國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)。國(guó)內(nèi)大型汽車企業(yè)、高等院校、研究單位對(duì)純電動(dòng)汽車的研究也熱情高漲，通過多輪試制，力爭(zhēng)在"十五"結(jié)束時(shí)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的產(chǎn)業(yè)化。"十五"目標(biāo)是：解決關(guān)鍵技術(shù)，完成可實(shí)用的電動(dòng)汽車的開發(fā)，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。主要研究?jī)?nèi)容：電動(dòng)汽車的總體設(shè)計(jì)；先進(jìn)的電池技術(shù)；電動(dòng)機(jī)及控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；整車監(jiān)控與管理系統(tǒng)、使用環(huán)境與配套技術(shù)等。

電動(dòng)汽車是新能源汽車中的一種，采用電力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，具有無(wú)排放、噪音低、能量轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，是當(dāng)前研究討論的熱點(diǎn)。但是目前電動(dòng)汽車還不如內(nèi)燃機(jī)汽車技術(shù)完善，主要原因是車載電池成本過高，壽命過短。而且單節(jié)電池的儲(chǔ)能容量很低，需要裝載多節(jié)電池，占據(jù)車身總重量，并且一次充電后續(xù)駛里程也不理想。于是各種原因造成了電動(dòng)汽車的成本一直居高不下。電池租賃的營(yíng)銷策略的提出，可能打破這一瓶頸，而且從發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度看，隨著科技的不斷進(jìn)步，電動(dòng)汽車現(xiàn)在存在的問題將會(huì)逐步得到解決，價(jià)格和使用成本也會(huì)隨著技術(shù)的成熟、電動(dòng)汽車的普及和大批量生產(chǎn)逐步降低，價(jià)廉物美的電動(dòng)汽車前景令人矚目采用空氣冷卻或液體冷卻方式。對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，并能夠?qū)崿F(xiàn)再生反饋制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較，效率較高，質(zhì)量減輕一半左右，價(jià)格便宜，維修方便。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的低成本、高可靠性及免維護(hù)等特性使其在電動(dòng)汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是：矢量控制算法復(fù)雜，對(duì)處理器運(yùn)算速度要求較高，造成控制系統(tǒng)的成本較高。表1為目前使用的各種電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)的比較，其性能以0-5分來(lái)評(píng)比。直流電機(jī)感應(yīng)電機(jī)永磁無(wú)刷電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)功率密度2.53.553.5效率2.53.553.5可控性5453可靠性3545成熟性5544成本4534功率范圍4544總評(píng)26312927表1各種電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)性能的比較[4][5]通過上述分析可知：異步電動(dòng)機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固可靠、成本低、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，讓異步電動(dòng)機(jī)的控制方法越來(lái)越完善，使異步電機(jī)有著優(yōu)異的啟動(dòng)和調(diào)速性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)能，有著廣泛的應(yīng)用范圍。本課題選用低壓大電流鼠籠式異步電機(jī)作為電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)。采用電機(jī)的主要參數(shù)為：額定電壓48V的4極鼠籠式異步電機(jī)，額定頻率100HZ,最高轉(zhuǎn)速6000rpm，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩85N.M，額定功率5KW,峰值功率20KW,最大電流500A，額定線電流有效值133A。圖3為實(shí)際電機(jī)實(shí)物圖:圖348V電機(jī)實(shí)物圖2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)主控芯片的選擇本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用TI公司的DSP芯片TMS320F28035作為電動(dòng)汽車異步電機(jī)的電機(jī)控制器的主控芯片。該芯片速該芯片是TI公司專門為電機(jī)驅(qū)動(dòng)開發(fā)設(shè)計(jì)的一款DSP芯片其速度快，成本低，完全能滿足系統(tǒng)要求，該芯片具有以下一些特點(diǎn)：①.高性能32位CPU，16×16位和32×32位MAC操作，16×16位雙通道MAC（乘累加運(yùn)算），采用哈佛總線結(jié)構(gòu),快速的中斷響應(yīng)和處理,統(tǒng)一的存儲(chǔ)模式用C/C++和匯編語(yǔ)言，代碼效率高。②.裝置和系統(tǒng)低消耗，單獨(dú)的3.3V供電，沒有上電順序要求，先進(jìn)的仿真性能，分析和斷點(diǎn)功能，可通過硬件實(shí)時(shí)調(diào)試,增強(qiáng)性的控制模塊，增強(qiáng)的PWM模塊，HRPWM，增強(qiáng)性的脈沖編碼模塊，ADC轉(zhuǎn)換模塊2.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)主控制策略的選取2.41異步電機(jī)矢量控制策略矢量控制理論是從異步電機(jī)內(nèi)部的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換、電機(jī)統(tǒng)一理論和空間矢量理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，理論基礎(chǔ)嚴(yán)謹(jǐn)。矢量控制技術(shù)完全模仿對(duì)直流電機(jī)的控制技術(shù)，用矢量變換的方式，把異步電機(jī)定子電流解耦成互相獨(dú)立的產(chǎn)生激磁的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量，分別控制著兩個(gè)分量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制和磁鏈控制的解耦，從而實(shí)現(xiàn)理想的動(dòng)態(tài)性能。在理想的情況下矢量控制的異步電機(jī)傳動(dòng)類似于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。在直流電機(jī)中，若忽略電樞效應(yīng)和磁場(chǎng)飽和，則輸出轉(zhuǎn)矩可被表示為：(式2-1)式中Ia為電樞電流，If是勵(lì)磁電流。直流電機(jī)的構(gòu)造決定了勵(lì)磁電流If產(chǎn)生的磁鏈與電樞電流Ia是垂直的，當(dāng)控制電流Ia以控制轉(zhuǎn)矩時(shí)，磁鏈不受影響。異步電機(jī)是多變量，非線性，強(qiáng)耦合系統(tǒng)，控制起來(lái)遠(yuǎn)比直流電機(jī)復(fù)雜。異步電機(jī)矢量控制示意圖如圖4圖4異步電機(jī)矢量控制示意圖將異步電機(jī)放在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系（d-q）上進(jìn)行控制，如果將Ids定向在轉(zhuǎn)子磁鏈的方向且與Iqs垂直，則穩(wěn)態(tài)時(shí)正弦量就變成了直流量，這樣異步電機(jī)就具有了直流電機(jī)的特性，可獲得類似直流電機(jī)的特性。此時(shí)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩可表示為：（式2-2）其中為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向后d軸電流，為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向后q軸電流，這意味著當(dāng)控制時(shí)，只會(huì)影響實(shí)際的轉(zhuǎn)矩電流Iqs,而不會(huì)影響磁鏈，當(dāng)控制電流時(shí)，只會(huì)影響磁鏈，而不會(huì)影響電流的轉(zhuǎn)矩分量。圖5動(dòng)汽車異步電機(jī)矢量控制原理系統(tǒng)框圖2.42空間矢量SVPWM調(diào)制技術(shù)目前PWM開關(guān)信號(hào)的獲得最常見的有正弦脈寬調(diào)制(SPWM)和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)。其中，SVPWM是將逆變器和電動(dòng)機(jī)看成一個(gè)整體，建立逆變器開關(guān)模式和電機(jī)電壓空間矢量的內(nèi)在聯(lián)系，通過控制逆變器的開關(guān)模式，使電機(jī)的定子電壓空間矢量沿圓形軌跡運(yùn)動(dòng)，從而明顯降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，與傳統(tǒng)的SPWM相比，其開關(guān)器件的開關(guān)次數(shù)可以減少1/3，直流電壓的利用率可提高15%，能獲得較好的諧波抑制效果，且易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。2.43高速時(shí)電機(jī)的弱磁控制當(dāng)電機(jī)要求運(yùn)行在基速以上時(shí)，由于直流母線電壓的限制和反電動(dòng)勢(shì)的影響，就需要轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)速的上升而下降，即所謂的弱磁運(yùn)行。電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的弱磁運(yùn)行性能有較高要求，有限的供電電壓無(wú)法提供電機(jī)轉(zhuǎn)速升高所需的不斷升高的轉(zhuǎn)子反電勢(shì)，因此需要選擇適當(dāng)?shù)娜醮欧椒ㄔ跐M足電機(jī)及逆變器的電壓和電流限制條件下得到盡可能大的電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出，功率輸出及良好的系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性。在電動(dòng)汽車中，電機(jī)逆變器的母線電壓易受電機(jī)運(yùn)行工礦和電池特性的影響而產(chǎn)生一定范圍的電壓波動(dòng),為了能在全速度范圍內(nèi)保持電機(jī)轉(zhuǎn)矩可控性，特別是在高速弱磁區(qū)，需要留一定的電壓余量以保證電機(jī)定子電流轉(zhuǎn)矩及勵(lì)磁分量的動(dòng)靜態(tài)性能。目前最為常見的異步電機(jī)高速弱磁方法是假定母線電壓不變的前提下按照磁鏈與速度成反比的關(guān)系進(jìn)行的高速弱磁控制在以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制下有以下公式：（式2-3）（式2-4）高速時(shí)電阻壓降可以忽略，從以上兩式可得：（式2-5）采用轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向后：（式2-6）電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，則：（式2-7）從式3-9可以看出采用磁鏈與速度成反比的弱磁控制時(shí)，只有在空載時(shí)才能保證U恒定不變，U隨電機(jī)負(fù)載增加而增加，另外逆變器母線電壓是波動(dòng)的這給電機(jī)弱磁控制增加了難度。通過以上分析可以看出，傳統(tǒng)弱磁方法并不能在整個(gè)電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中產(chǎn)生最大的轉(zhuǎn)矩，因此本文采用先進(jìn)的弱磁控制算法，其控制框圖如圖6所示：圖6本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的弱磁控制原理框圖同過判斷d軸和q軸電壓來(lái)判斷系統(tǒng)是否進(jìn)入弱磁區(qū)，在進(jìn)入弱磁區(qū)后，通過PI調(diào)節(jié)器來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流的分配。（1）在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，電機(jī)運(yùn)行在基速以下，在這個(gè)區(qū)域電機(jī)所需電壓矢量的幅值沒有超過，電機(jī)運(yùn)行只受電流限制圓的限制，有能力保證，達(dá)到其額定值，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩。整個(gè)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域電機(jī)電流分配如方程（3.21）所示：（2-8）（2）恒功率區(qū)，弱磁區(qū)1（），隨著轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)所需要的電壓矢量越來(lái)越大，當(dāng)時(shí)，電機(jī)運(yùn)行所需要的電壓矢量幅值與相等。如果轉(zhuǎn)速在增加，電機(jī)運(yùn)行所需要的電壓矢量幅值將大于，調(diào)節(jié)器PI(e)將調(diào)整電機(jī)所需的電壓矢量幅值使其不超過最大電壓。PI(e)調(diào)節(jié)器將自動(dòng)減小勵(lì)磁電流從而保證電機(jī)若需電壓不超過最大電壓限制，這將導(dǎo)致減小，減小。同時(shí)在該區(qū)域轉(zhuǎn)矩電流將增加，將增加這也意味著電機(jī)弱磁控制的開始。該區(qū)域電流的分配情況：由PI調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)矩電流為：（2-9）（3）恒電壓區(qū)，弱磁區(qū)2（）：當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增加時(shí)，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入弱磁區(qū)2，在該區(qū)域，由于電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)很高，已經(jīng)不可能在在向電機(jī)輸入最大的電流，所以在該區(qū)域電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)只受電壓限制橢圓的限制。該區(qū)域電機(jī)勵(lì)磁電流任由PI(e)調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)滿足電機(jī)運(yùn)行的電壓限制條件，該區(qū)域的電流分配策略為：（2-10）通過上面分析可以看出系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的方法能在整個(gè)電機(jī)運(yùn)行過程中得到最大的轉(zhuǎn)矩，不需要查表，對(duì)參數(shù)的依賴小，系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)。與傳統(tǒng)的弱磁方法相比，電流分配更加合理，能夠在整個(gè)電機(jī)運(yùn)行區(qū)域得到更大的轉(zhuǎn)矩。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車電機(jī)控制器總體框圖和實(shí)物圖如圖7所示：圖7電動(dòng)汽車電機(jī)控制器總體框圖和實(shí)物圖如圖7所示，本系統(tǒng)采用48V電池作為控制器母線電壓輸入，主驅(qū)電機(jī)為鼠籠是異步電機(jī)，控制器主控芯片采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F28035，功率逆變橋部分采用大電流MOSFET并聯(lián)，電流采樣采用新型的電流采樣芯片MLX91205.整個(gè)控制器狀態(tài)的檢測(cè)采用一個(gè)上位機(jī)來(lái)監(jiān)測(cè)，控制器與上位機(jī)之間通過CAN通信來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。3.1主控芯片選擇本文采用的主控芯片為TI公司新推出的專門用于電機(jī)控制的芯片TMS320F28035,該芯片運(yùn)算速率快，價(jià)格便宜，該芯片還具有一下一些特點(diǎn)：高性能32位CPU：16×16位和32×32位MAC操作，16×16位雙通道MAC（乘累加運(yùn)算），采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，原子操作，快速的中斷響應(yīng)和處理，統(tǒng)一的存儲(chǔ)模式，用C/C++和匯編語(yǔ)言，代碼效率高可編程的CAL:32位的浮點(diǎn)數(shù)加速器,主CPU獨(dú)立處理代碼裝置和系統(tǒng)低消耗:單獨(dú)的3.3V供電,沒有上電順序要求,完整的上電復(fù)位和掉電復(fù)位時(shí)鐘:2個(gè)內(nèi)部的振蕩器,片內(nèi)晶體振蕩器和外部時(shí)鐘輸入,基于鎖相環(huán)的PLL時(shí)鐘模塊,程序監(jiān)視器模塊,沒有時(shí)鐘偵查電路多達(dá)45個(gè)獨(dú)立可編程復(fù)用的I/O引腳外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊（PIE），支持所有的外設(shè)中斷32位的CPU定時(shí)器:每個(gè)ePWM模塊都有獨(dú)立的16位的定時(shí)器,片內(nèi)存儲(chǔ)器，包括Flash,SARAM,OTP,BootROM.128位的安全密鑰:保護(hù)存儲(chǔ)模塊的安全,防止逆向設(shè)計(jì)連續(xù)的通信模塊:1個(gè)SCI模塊,2個(gè)SPI模塊,1個(gè)I2C,1個(gè)LIN網(wǎng)絡(luò),1個(gè)ECAN先進(jìn)的仿真性能:分析和斷點(diǎn)功能,可通過硬件實(shí)時(shí)調(diào)試增強(qiáng)性的控制模塊:增強(qiáng)的PWM模塊,HRPWM,增強(qiáng)性的脈沖編碼模塊,ADC轉(zhuǎn)換,片內(nèi)溫度傳感器,比較器28035封裝:64腳（TQFP）,80腳（LQFP）因此其完全滿足電動(dòng)汽車電機(jī)控制器要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用80引腳的28035，其實(shí)物圖為：圖8TMS320F28035實(shí)物圖3.2MOSFET功率電路設(shè)計(jì)隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展，功率MOSFET性能越來(lái)越高，價(jià)格越來(lái)越低，因此在大電流功率驅(qū)動(dòng)電路中被廣泛采用。本系統(tǒng)采用功率MOSFET型號(hào)為STP75NF75，這種MOSFET的漏極和源極間電壓最大為75V，柵極和源極之間的驅(qū)動(dòng)電壓最大為，導(dǎo)通電阻小于0.0095，導(dǎo)通電流最大為80A。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)最大功率為20kW，直流供電電壓為48V，因此每個(gè)橋臂允許通過的最大直流電流為416.7A，為此采用MOSFET并聯(lián)結(jié)構(gòu)，增大過流能力，本系統(tǒng)中每個(gè)橋臂并聯(lián)12個(gè)MOSFET，這樣每個(gè)橋臂可以承受的最大電流理論值為1000A，從而可以滿足系統(tǒng)大電流工作情況的需要。圖9所示為三相橋橋臂的MOSFET并聯(lián)電路圖，圖9三相橋MOSFET并聯(lián)結(jié)構(gòu)電路圖圖9所示MOSFET并聯(lián)電路具有以下特點(diǎn)：①M(fèi)OSFET并聯(lián)時(shí)，需要解決好并聯(lián)MOSFET的均流問題，為此，在每個(gè)MOSFET柵極都串聯(lián)了一個(gè)小電阻，該電阻根據(jù)MOSFET的柵極電流范圍和MOSFET驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓計(jì)算，一般在5歐姆~30歐姆之間取值。②在MOSFET后級(jí)設(shè)計(jì)了RC濾波電路，對(duì)三相逆變橋輸出的交流電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止出現(xiàn)過壓等故障現(xiàn)象。功率電路部分采用了貼片式MOSFET，貼片式MOSFET的鋁基板如圖10所示，采用鋁基板增大了導(dǎo)電面積，使板子可以承受的最大電流增大；采用貼片元件，板子體積小，器件焊接牢固，不易松動(dòng)，可靠性較高；便于使用自動(dòng)焊接技術(shù)，適合大批量生產(chǎn)。但是制板成本相對(duì)較高。圖10實(shí)物圖3.2電流檢測(cè)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，使用新型的霍爾傳感器MLX91205進(jìn)行電流采樣。磁集極霍爾傳感器具有高線性度、低磁滯、高靈敏度、體積小、安裝方便、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。隨著該技術(shù)的推廣，磁集極霍爾傳感器必將廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的霍爾傳感器和磁阻傳感器比較，磁集極霍爾傳感器具有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①磁集極霍爾傳感器的靈敏度比傳統(tǒng)霍爾傳感器高，和磁阻傳感器相當(dāng)。磁集極霍爾傳感器的靈敏度高達(dá)280V/T，典型的霍爾傳感器在5V供電的情況下的靈敏度是25V/T；②磁集極霍爾傳感器改善了磁阻傳感器的非線性和磁滯現(xiàn)象；③磁集極霍爾傳感器的3dB帶寬為100kHz，典型的響應(yīng)時(shí)間只有3μs，可以廣泛的應(yīng)用于PWM控制和過載保護(hù)中檢測(cè)電流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)REF_Ref290564998\r\h錯(cuò)誤!未找到引用源。。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用melexis公司的MLX91205磁集極霍爾傳感器，應(yīng)用于電動(dòng)汽車異步電機(jī)控制器的電流檢測(cè)(未加屏蔽防干擾)，其實(shí)物連接圖如圖11所示：（a）未加導(dǎo)電條（b）加上導(dǎo)電條圖11MLX91205的實(shí)物連接圖根據(jù)電磁學(xué)理論，隨著距離r的增大，磁場(chǎng)強(qiáng)度B迅速衰減。因此，傳感器和導(dǎo)線之間的距離越小，傳感器的輸出電壓就越大。本試驗(yàn)比較了距離與電流的關(guān)系。其試驗(yàn)部分波形如圖12所示：圖12測(cè)試所得波形4統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹算法設(shè)計(jì)與算法流程圖（不得大量復(fù)制源代碼）系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法，將各個(gè)功能單元制作成各個(gè)獨(dú)立的軟件模塊，在主程序中根據(jù)需要調(diào)用各個(gè)功能模塊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體功能。模塊化編程使得程序結(jié)構(gòu)清晰明了，編寫程序時(shí)思路清楚，簡(jiǎn)化了編寫程序的步驟，使程序功能更容易實(shí)現(xiàn)，同時(shí)為閱讀程序和進(jìn)一步修改程序帶來(lái)極大的方便。系統(tǒng)中的功能模塊主要包括：AD采樣轉(zhuǎn)換模塊、弱磁控制模塊，SVPWM模塊、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)角度計(jì)算、轉(zhuǎn)速估計(jì)模塊、CLARK變換，PARK變換、PARK反變換和PID計(jì)算模塊等。系統(tǒng)軟件主要采用C語(yǔ)言編寫，部分需要快速執(zhí)行的功能模塊采用匯編語(yǔ)言編寫，從而大大減小了軟件編寫的難度，并提高了系統(tǒng)軟件的運(yùn)行效率。系統(tǒng)主程序主要進(jìn)行系統(tǒng)初始化和各個(gè)功能模塊的初始化，進(jìn)行速度給定和轉(zhuǎn)矩給定控制，并通過CAN通信與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等，主程序流程圖如圖13所示：圖13主程序流程圖4.1主要功能模塊軟件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)中主要的功能模塊分別編寫相關(guān)程序，主要有中斷程序、SVPWM程序、AD采樣程序、PID控制程序、磁場(chǎng)角度計(jì)算，弱磁控制等。下面對(duì)各個(gè)主要軟件模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。4.1.2中斷程序和保護(hù)程序設(shè)計(jì)①PWM定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì)PWM定時(shí)器中斷是系統(tǒng)的主要中斷程序，當(dāng)PWM計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為0時(shí)產(chǎn)生中斷信號(hào)，進(jìn)入主中斷程序。這種方法節(jié)省了一個(gè)專門的定時(shí)器，使控制更加靈活，效果較好。中斷程序中主要進(jìn)行AD采樣、若此算法弱磁算法，CALRK變換、PID調(diào)節(jié)、PARK變換、SVPWM計(jì)算、磁場(chǎng)角度計(jì)算等。主終端程序流程圖如圖14所示。圖14主中斷程序流程圖②TZ故障保護(hù)程序設(shè)計(jì)TMS320F28035有專門的故障保護(hù)端口可以對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行中斷保護(hù)，相對(duì)本文采用TZ2作為故障保護(hù)端口，當(dāng)有故障信號(hào)時(shí)，TZ引腳變成低電平，DSP立即關(guān)斷所有的PWM輸出，同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。4.1.3SVPWM的軟件設(shè)計(jì)SVPWM是矢量控制的關(guān)鍵，SVPWM波形的正確與否直接決定著系統(tǒng)的工作是否正常，為了產(chǎn)生正確的SVPWM波形，需要按照?qǐng)D15所示程序流程圖進(jìn)行程序編寫。圖15SVPWM流程圖圖16ADC程序流程圖圖15中PWM初始化主要內(nèi)容包括設(shè)置PWM的產(chǎn)生方式、PWM周期和占空比及PWM死區(qū)等。PWM計(jì)數(shù)器采用增減計(jì)數(shù)模式，根據(jù)PWM周期和占空比設(shè)置周期寄存器(TBPRD)和比較寄存器(CMPA)的值。設(shè)置CAU=1、CAD=0，則計(jì)數(shù)器增加至與比較寄存器相等時(shí)，相應(yīng)PWM端口輸出高電平，計(jì)數(shù)器減小至與比較寄存器相等時(shí)，相應(yīng)PWM端口輸出低電平，從而決定了PWM的波形。PWM周期為 (4-1)其中為系統(tǒng)基準(zhǔn)時(shí)鐘周期，本文中設(shè)計(jì)值為0.01us。根據(jù)占空比計(jì)算比較寄存器的值如式(4-2)所示， (4-2)由于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片IR21363S在驅(qū)動(dòng)時(shí)自帶700NS的死區(qū)時(shí)間，因此在本文中在PWM模塊中將死去時(shí)間設(shè)為0。TMS320F28035的死區(qū)共有4種方式，本系統(tǒng)中采用的低有效互補(bǔ)方式（ALC）。設(shè)置的寄存器為：DBCTL=0x7，DBRED=0，DBFED=0，上升沿和下降沿死區(qū)時(shí)間均用驅(qū)動(dòng)芯片自帶的死區(qū)時(shí)間。4.1.4AD采樣軟件設(shè)計(jì)ADC采樣信號(hào)必須要準(zhǔn)確，因此需要對(duì)ADC軟件模塊進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的ADC模塊由PWM1的CNT_zero中斷信號(hào)起動(dòng)，每次CNT_zero中斷產(chǎn)生時(shí)，使能主中斷程序，進(jìn)入主中斷程序后首先進(jìn)行AD采樣，此時(shí)刻為PWM信號(hào)為高電平或低電平的中間位置，距離PWM邊沿最遠(yuǎn)，在該時(shí)刻進(jìn)行AD采樣是最佳時(shí)機(jī)，可以避免PWM邊沿處出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)跳變和信號(hào)尖峰毛刺等現(xiàn)象，從而達(dá)到最好的采樣效果。T