電動車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)及其故障診斷.pdf

1、由于環(huán)境的持續(xù)惡化以及化石能源極為有限，國家對新能源汽車發(fā)展進(jìn)行大力扶持，電動車以其較低的價格和使用成本迅速發(fā)展，市場前景廣闊。無刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)有交流電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，又兼具直流電機(jī)調(diào)速特性好，效率高等優(yōu)勢。無刷直流電機(jī)沒有換向器和電刷等機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其具有體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速高等特性，因此近年來得到了廣泛應(yīng)用。其控制方式常采用兩兩導(dǎo)通的控制

2、方式，即在一個電周期內(nèi)得到六個轉(zhuǎn)子位置信號用于電子換向。現(xiàn)在一般使用的方法是在電機(jī)殼體內(nèi)安裝三個霍爾傳感器（間隔60°或120°）用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，但霍爾傳感器常因溫度、電磁干擾、灰塵等環(huán)境因素的影響而不能正常工作，嚴(yán)重的時候甚至損壞，最終導(dǎo)致電機(jī)及控制器無法正常運(yùn)行。如果上述問題發(fā)生在車輛行駛過程中，可能對乘客以及周圍人員造成損害和威脅，所以提高電機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性變得至關(guān)重要。在這樣的背景下，本文以市場上現(xiàn)有的無刷直流電機(jī)控制

3、器為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了無霍爾控制和有霍爾控制方式的集成，最終開發(fā)出了具有故障診斷和轉(zhuǎn)子位置傳感器故障容錯控制功能的無刷直流電機(jī)控制器。
　　首先，在深入了解無刷直流電機(jī)及其控制原理之后，詳細(xì)分析了有轉(zhuǎn)子位置傳感器的控制方法和無轉(zhuǎn)子位置傳感器的控制方法，制定了不同工作狀態(tài)下功率開關(guān)器件的調(diào)制方式并制定控制方案。由于PI控制具有快速響應(yīng)和實(shí)時性好的特點(diǎn)，所以設(shè)計了電機(jī)運(yùn)行時的PI閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)用于電機(jī)調(diào)速。詳細(xì)分析了轉(zhuǎn)子位置傳感器故障、電流故

4、障和電壓故障發(fā)生的常見原因，并以此確定了故障診斷的方案以及容錯控制策略。
　　其次，在明確電動車用無刷直流電機(jī)控制器的功能與性能要求后，以控制方案為指導(dǎo)，使用AltiumDesigner軟件進(jìn)行硬件電路設(shè)計和開發(fā)。采用集成模塊與分立元器件相結(jié)合的思路，以系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性為前提進(jìn)一步縮減了控制器的成本。硬件電路主要以單片機(jī)及其最小電路、電源電路、信號輸入/輸出電路這三部分組成。并以硬件為基礎(chǔ)，以模塊化編程思想為主導(dǎo)，使用Keil

5、MDK軟件作為軟件的開發(fā)環(huán)境，運(yùn)用C語言進(jìn)行軟件編譯和開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了有/無轉(zhuǎn)子位置傳感器控制模式集成與自動切換;完成了基于轉(zhuǎn)子位置傳感器故障診斷和電壓電流故障診斷的容錯控制，提高了電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。
　　最后依據(jù)所設(shè)計控制器的功能以及性能要求搭建了80BL103電機(jī)試驗臺架作為測試平臺，檢測所設(shè)計的無刷直流電機(jī)控制器軟、硬件功能及可靠性。
　　經(jīng)過臺架試驗，能夠證明該控制器調(diào)速相應(yīng)迅速且運(yùn)行平穩(wěn);實(shí)現(xiàn)了有/無轉(zhuǎn)子位置傳