DSP基于TMS320F2812的电动汽车驱动系统设计论文

基于TMS320F2812的电动汽车驱动系统设计姓名陈逸武学号11226214班级自动化三班指导老师王坚完成日期2014/5/20杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文目录第一章引言........................................1第二章驱动系统的硬件设计..........................22.1控制电路设计...................................22.2功率主回路的设计...............................22.3滤波整形电路设计...............................3第三章系统的控制策略..............................43.1速度计算和调节.................................43.2电流计算和调节.................................4第四章系统的软件设计..............................5笫五章实验结果与结论..............................6致谢...............................................7参考文献...........................................8附录tms320f2812引脚图............................9杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文摘要针对当前电动车运行效率低，稳定性差的特点，提出了新型电动汽车驱动系统的设计方法。系统以高性能DSP芯片TMS320F2812作为控制核心，通过传感器实时采集相电流和转子转速信号，从而实现模糊正比例算法的双闭环控制。实验结果表明，该系统具有性能好、结构简单、可靠性高等特点。关键词：电动汽车；无刷电机；驱动；双闭环控制杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文AbstractInviewofthecurrentcharacteristicsofthedevelopmentofelectricvehicles，anewtypeofsmallandmedium-sizedelectricvehicledrivesystemisdesigned.Ahigh-performanceDSPchipTMS320F2812isusedascontrolcore，throughthereal-timesamplingofthephasecurrentandrotorspeedsignalbysensor，thedouble-loopcontrolisachieved.Theexperimentalresultsshowthatthesystemhasahigh-performance，simplestructure，highreliability.Keywords：electricvehicle；brushlessmotor；drive；doubleclosed-loopcontrol杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文11引言电动汽车具有无污染，噪声低等优点，而传统中小型电动车控制器多采用基于有刷直流电机的控制系统，该系统属于机械换向，运行效率低。为此设计了一种基于无刷直流电机的控制系统，整个系统的主控芯片为TMS320F2812型DSP，并针对无刷直流电动机非线性、强耦合、多变量以及传统控制方法难以进行优良控制的特点，采用了双闭环控制，以使系统更加稳定可靠[1]杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文22驱动系统的硬件设计系统中的DSP根据外设输入模拟和数字信号确定电机的运行状态和转动速度，通过改变PWM波的占空比和功率管的导通顺序，达到控制电机的目的。并采集安装在电机电枢上的霍尔位置传感器发出的信号，对电机进行实时位置检测和速度计算。系统硬件框图如图1所示。系统框图—图12.1控制电路设计系统以TMS320F2812作为整个电动汽车驱动系统的核心。TMS320F2812为32位定点DSP控制器，是目前数字控制器领域中最先进的处理器之一，采样频率高达150MHz，大大提高了控制精度和芯片处理能力，其丰富的外设接口非常适用于运动控制领域[2]。在系统中设置DSP上的EVA为通用定时器工作方式，EVB为捕获工作方式。首先采集脚踏板信号，脚踏板类似于0～5kΩ的电阻器，将电瓶电压分压后输入DSP的A/D采集口，将采集到的电压与预先设置的最大转速对应电压相比后，即可确定给定电机转速。当实际转速与给定转速存在偏差时，通过模糊正比例算法直接改变比较寄存器的值以改变输出PWM占空比，从而调节无刷电机的速度。为了实现无噪声操作，减少电瓶的损耗，PWM采用高频设计，根据工业标准设为20kHz。在控制三相电机时，转子位置信号的获取十分关键。设计中考虑实际，选择了技术更加成的熟霍尔位置传感器。将相位差为120°的霍尔传感器安装在电机电枢上，通过DSP捕获口捕捉霍尔元件发出的高速脉冲信号，实现转子的转动位置检测[3]杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文3功率主回路—图22.2功率主回路的设计采用由6只功率MOSFET场效应管组成的三相全控桥作为功率变换元件，任意时刻有两相绕组导通，第三相绕组处于悬空状态。功率管有6种触发状态，每次只有两只管子导通，每隔60°电角度换相一次，每次换相一个功率管，每一个功率管导通120°电角度。功率主回路如图2所示。由于DSP属于低功耗处理器，输出的PWM信号驱动能力较弱，无法直接驱动MOSFET。采用上散热片，起到散热保护作用.A口,以便能及时关闭PWM波输出并使电机停止运转。2.3滤波整形电路设计在实际应用中，霍尔位置传感器输出的电机位置信号往往抖动很大，需经过滤波整形再输入到DSP捕获口。具体电路如图3所示。设计中所用霍尔传感器输出的位置信号为5VTTL电平，因此信号须经过5～3.3V电压转换再输入到DSP口。霍尔电路图—图3杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文43系统的控制策略为使系统具有良好的调速性能，可将其设计为双闭环系统控制（速度外环和电流内环），结构框图如图4所示。为了简化电路设计，速度调节和电流调节均用软件编程实现。3.1速度计算和调节速度作为外环，采用模糊控制方式，以获得最佳的动态效果。由于查表法比较容易在微处理器上实现，所以系统采用查表法来实现模糊控制法。该算法中的输入变量为电动机转速，输出变量为电枢电流。设输入量电动机转速偏差E的基本论域为[-50，50]，模糊论域X=[-6，6]，则误差因子e的量化因子Ke=6/50=0.12，语言变量选取7个语言值：S3，S2，S1，CE，L1，L2，L3。设转速偏差变化EC的基本论域为[-20，20]，模糊论域Y=[-6，6]，则误差因子ec的量化因Kec=6/20=0.3，语言变量选取5个语言值PB，PS，ZO，NS，NB。设输出电枢电流U基本论域为[-60，60]，模糊论域Z=[-6，6]，则误差u的量化因子Ku=6/60=0.1，语言变量选取7个语言值PB，PM，PS，ZO，NS，NM，NB。选取三角形作为隶属曲线。根据专家知识和熟练操作人员的经验积累，对电机运行时输入输出变量的变化规律，总结出基于ifEandECthenU指令的19条模糊规则，由模糊规则可列出模糊规则表，如表1所示。系统在离线计算基础上，可建立模糊控制器查询表。计算出查询表后，将其事先存于计算机存储单元中，并编制一个查找查询表的子程序。模糊规则表—表13.2电流计算和调节电流调节采用比例调节，公式如下：COMP（K）=COMP（K-1）+KpcIDC_ERROR（K）（1）式中：COMP（K）为产生的PWM的比较值；IDC_ERROR（K）为第K次电流偏差；Kpc为电流比例系数。杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文54系统的软件设计在系统软件框架设计时，设置时基来调度所有的子程序。时基用定时器来实现，每个子程序都设置一个计数值，定时器中断时，计数值加1，达到计数值后置标志位。在主循环中，根据标志位执行该子程序。这样每个子程序都能够在确定时间间隔内执行一次，确保子程序所占用的执行时间，保证了程序的可靠性。软件使用DSP上16位定时器1作为时基，每200μs产生一次定时中断。根据不同实时性要求，设置每4ms进行一次A/D采集，之后进行电流调节，每10ms进行一次转速计算，之后进行转速调节。将CAP4～CAP6口设置为捕获口，每发生一次脉冲跳变，就产生一次中断，并在中断子程序中判断电机转动位置，调用换向程序。图5示出主程序流程。程序流程图—图5杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文65实验结果与结论在实验平台上，以1kW电机作为实验对向，给定转速为1500r·min-1，并带有轻量负载，仿真波形如图6所示，实验波形如图7所示。图7a为安装在转子上的3个传感器T1，T2，T3输入的位置检测波形。实验结果表明，系统能够较好地完成对无刷直流电机的控制，整个控制方案切实可行，适用于电动车的生产与应用。给定转速的仿真波形—图6实验波形—图7杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文7致谢感谢百度文库对这次论文的理论支持感谢曹波.谢利理.王博教授的论文参考杭州电子科技大学自动化学院DSP课程期末论文8参考文献[1]张琛.直流无刷电动机原理及应[M].北京：机械工业出版社，1996.[2]徐科军，张瀚，陈智渊.TMS320X281XDSP原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.[3]ImplementationofaSensorlessSpeedControlledBrushlessDCdriveusingTMS320F240[S].TexasInstrument，1997.[4]TexasInstrumentsIncorporated.TMS320C28X系列的CPU与外设[M]．张卫宁，译．北京：清华出版社，20059附录tms320f2812引脚图