CN102079250B

CN102079250B - 电动汽车无刷双馈电机驱动系统及其控制方法

Info

Publication number: CN102079250B
Application number: CN200910220276A
Authority: CN
Inventors: 丁惜瀛; 孙宜标; 杨树平; 龚淑秋; 王宏利; 闫秀恪
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: CN102079250A

Abstract

本发明属电动汽车及混合动力汽车驱动装置及其控制方法领域，包括无刷双馈电机、定子逆变器、转子逆变器、定子/转子绕组继电控制电路、电机驱动及控制模块、电动汽车整车控制器、蓄电池、电池管理单元及电流电压转速传感器；定子逆变器及转子逆变器的端口分别接蓄电池的端口；电机驱动及控制模块的端口分别接定子逆变器及转子逆变器的端口；电机驱动及控制模块的端口接定子/转子绕组继电控制电路的端口；其控制方法主要包括判断驱动电机应处的运行状态；若为异步运行状态、双馈运行状态或定、转逆变器出现故障，则依次分别执行相应子程序。本发明可提高汽车高速区的控制力矩，扩大调速范围，提升能量回收率，提高电动汽车的续航里程。

Description

电动汽车无刷双馈电机驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明属电动汽车及混合动力汽车驱动系统及其控制技术领域，涉及一种可应用于混合动力汽车、电力机车等高性能调速系统的电动汽车无刷双馈电机驱动系统及其控制方法。

背景技术

电机驱动系统是电动汽车的关键部件，在车载蓄电池技术尚未取得突破的前提下，它决定着整车的运行性能。目前的电动汽车使用的电机主要有感应电机、开关磁阻电机和永磁电机三种。感应电机结构简单，可靠性高，矢量控制、直接转矩控制的应用又使之具有了类似于直流电机的优良特性，但能流控制灵活性差。绕线式感应电机运行控制灵活性高，但存在电刷。开关磁阻电机结构简单、坚固，既具有异步电机矢量控制系统的高效率、高可靠性，又具有直流调速系统的良好控制特性，但是其噪声大、转矩脉动严重，采用它驱动汽车，平稳性较差；永磁电机具有高效、高控制精度、高转矩密度、低噪声的特点，在电动汽车驱动方面具有较高的应用价值，但永磁电机需检测转子磁极位置，高速运行较为复杂；永磁材料属于稀缺资源，价格昂贵；而且永磁体有退磁问题，造价亦比较高，这些都制约了永磁电机的在汽车中的应用。

传统双馈电机的最大缺点是存在电刷，无刷双馈电机在结构上克服了绕线电机双馈运行的致命弱点，但其应用尚很局限，目前双馈电机的应用大多集中在发电运行，而无刷双馈电机应用于电动汽车和混合动力汽车的驱动系统尚未见报道。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种电动汽车双馈电机驱动装置；其可提高汽车高速区的控制力矩，扩大调速范围，提升能量回收率；通过降低电机驱动系统的能耗，进而提高电动汽车的续航里程；当逆变电路出现故障时，不须增加设备即可为汽车提供低速冗余运行，虽增加一套逆变装置，但通过对系统各种运行状态下的能流分析可优化两个逆变器的容量，使每个两个逆变器的容量减低，由于大容量逆变器与小容量逆变器的价格是非线性升高的，因此总的逆变器成本不会有大的增加。

本发明还提供一种与上述系统相配套的电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明电动汽车无刷双馈电机驱动系统是这样实现的：

一种电动汽车无刷双馈电机驱动系统，它包括无刷双馈电机、定子逆变器、转子逆变器、定子/转子绕组继电控制电路、电机驱动及控制模块、电动汽车整车控制器、蓄电池、电池管理单元及电流电压转速传感器；

所述定子逆变器及转子逆变器的端口分别接蓄电池的端口；无刷双馈电机的定、转子依次由定子逆变器及转子逆变器从蓄电池吸收能量或向蓄电池回馈能量；

所述电机驱动及控制模块的端口分别接定子逆变器及转子逆变器的端口，由所述电机驱动及控制模块向定子逆变器及转子逆变器提供PWM控制信号；

所述电动汽车整车控制器接收电机驱动及控制模块提供的电机运行状态信号，并向其发出转矩控制命令；

所述电流电压转速传感器及电池管理单元依次向电机驱动及控制模块发出反馈信号及电池管理信号；

所述电机驱动及控制模块的端口接定子/转子绕组继电控制电路的端口；定子/转子绕组继电控制电路依据所述电机驱动及控制模块的指令控制无刷双馈电机的运行模式；

所述定子/转子绕组继电控制电路由电机驱动及控制模块根据整车控制器提供的信息控制所述无刷双馈电机的驱动方式。

作为一种优选方案，本发明所述电机驱动及控制模块包括：中央处理模块、电流/电压信号调理/变换电路、光电编码器信号调理电路、定子/转子逆变器隔离驱动电路；电流电压传感器所采集的反馈信号经电流/电压信号调理/变换电路滤波并变换，转速传感器所采集的反馈信号经光电编码器信号调理电路进行整形及倍频后，输入至中央处理模块；由中央处理模块计算定子逆变器及转子逆变器的PWM驱动信号，经定子/转子逆变器隔离驱动电路进行功率放大后输出至定子逆变器及转子逆变器。

作为另一种优选方案，本发明所述电压/电流转速传感器包括：霍尔式电压/电流传感器及增量式光电编码器。

进一步地，本发明所述中央处理模块采用DSP-TMS320F2812芯片，利用其内置的12个PWM输出端子同时控制双馈电机定、转子的输入电压。

更进一步地，本发明所述定子逆变器及转子逆变器采用IGBT开关元件。

另外，本发明在所述电动汽车电机驱动及控制模块中设有定子/转子逆变器故障检测分析单元；所述定子/转子逆变器故障检测分析单元的端口经中央处理单元接定子逆变器及转子逆变器的端口；所述定子/转子逆变器故障检测分析单元实时监测定子逆变器及转子逆变器的工作状态，并将故障状态信号送入整车控制器。

与上述电动汽车无刷双馈电机驱动系统相配套的控制方法，可按如下步骤依次实施：

(1)驱动控制部分初始化；

(2)通过CAN总线接受整车控制器的命令信号，判断驱动电机应处的运行状态；

若为异步运行状态，则执行：

a、向定子/转子绕组继电控制电路发出异步运行状态控制信号；

b、进入定子供电异步运行中断控制程序，同时CPU封住转子三相脉冲；

c、判断运行状态改变，若是，则返回步骤(2)；若否，则CAN接收与应答，返回步骤b；

若为双馈运行状态，则执行：

e、向定子/转子绕组继电控制电路发出控制信号，切换到双馈运行状态；

f、进入双馈运行中断程序；

g、判断运行状态改变，若是，则返回步骤(2)；若否，则CAN接收与应答，返回步骤f；

判断运行状态，若定子逆变器逆变器出现故障，则执行：

h、向定子/转子绕组继电控制电路发出定子逆变器故障控制信号；

i、进入转子供电异步运行中断控制程序，同时CPU封住定子三相脉冲；

j、判断运行状态改变，若是，则返回步骤(2)；若否，则CAN接收与应答，返回步骤i；

判断运行状态，若转子逆变器出现故障，则转去执行a，实现异步运行状态。

作为一种优选方案，本发明所述步骤(2)中定子供电异步运行中断控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取ADC；

c1、计算i_A、i_B、U_dc的值；

d1、计算定子电压分量；

e1、计算定子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定定子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩与给定值比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写定子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

作为另一种优选方案，本发明所述步骤(2)中双馈运行中断程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取ADC；

c1、计算i_A、i_B、i_a、i_b、U_dc的值；

d1、计算定转子电压分量；

e1、计算定转子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定定子及转子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩两点滞环比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写定转子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

进一步地，本发明所述步骤(2)中转子供电异步运行中断控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取ADC；

c1、计算i_a、i_b、U_dc的值；

d1、计算转子电压分量；

e1、计算转子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定转子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩两点滞环比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写转子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

本发明为电动汽车提供了一种新型的电机驱动系统——无刷双馈电机驱动系统，无刷双馈电机调速具有功率因数高，动态性能好，调速范围宽等优点，将其应用于汽车的驱动系统，将电能分别馈入定子和转子绕组，集电动和发电功能为一体，可以灵活实现双馈、异步、同步运行方式，显著提高传动系统的能量的可控性，最大限度的提升制动状态下的能量回收率，同时在系统不增加任何设备的情况下提供一套故障状态下冗余的逆变器，提高汽车野外行驶的可靠性。

本发明将无刷双馈电机作为电动汽车的驱动电机，可获得宽调速范围及快速的动态响应，制动状态下能量回馈率高，机械特性硬，抗扰性强，而且在一套逆变器发生严重故障的情况下，电机仍可作为一般的感应电机使用，对于野外工作的汽车来说，相当于整个驱动装置存在一套不用增加设备的“冗余”系统，大大提高了野外汽车运行的可靠性。为电动汽车驱动电机控制系统的研发提供一条新思路。

无刷双馈电机异步、同步、双馈多种运行方式的灵活操控，更适合汽车复杂的运行工况，宽调速范围降低了对汽车机械传动装置的要求，制动能量回收率高。

本发明亦可应用于混合动力汽车领域，在电力电子器件的发展日新月异的今天，本发明有很好的应用前景和市场前景。

综合以上因素，与现有技术相比，本发明的应用可在如下方面提高汽车的控制性能：

1、可提高汽车高速区的控制力矩，扩大调速范围。

2、可提高汽车制动状态下的能量回收率，提高电动汽车的续航里程。

3、可降低单个逆变器的容量，使其工作电流减小，降低电机驱动系统的能耗。

4、当逆变器出现故障时，汽车可降速冗余行驶，提高驱动系统工作的可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限与下列内容的表述。

图1为本发明电动汽车驱动系统的整体结构简图；

图2为本发明电动汽车无刷双馈电机驱动系统方框图；

图3为本发明CAN总线及串行接口通讯电路；

图4为本发明定子侧电压电流采集调理电路；

图5为本发明定子侧逆变器开关元件隔离驱动电路；

图6为本发明光电编码器信号调理电路；

图7为本发明定转子继电控制电路；

图8为本发明转子侧电压电流采集调理电路；

图9为本发明转子侧逆变器开关元件隔离驱动电路；

图10为本发明故障检测分析及保护电路。

图11为本发明控制程序流程图；

图12为本发明异步运行程序流程图；

图13为本发明双馈运行程序框图；

图14为本发明定子故障程序框图。

具体实施方式

如图1及图2所示，电动汽车无刷双馈电机驱动系统，它包括无刷双馈电机、定子逆变器、转子逆变器、定子/转子绕组继电控制电路、电机驱动及控制模块、电动汽车整车控制器、蓄电池、电池管理单元及电流电压转速传感器；

所述电机驱动及控制模块的端口分别接定子逆变器及转子逆变器的端口，由所述电机驱动及控制模块向定子逆变器及转子逆变器提供控制信号；

所述电机驱动及控制模块包括：中央处理模块、电流/电压信号调理/变换电路、光电编码器信号调理电路、定子/转子逆变器隔离驱动电路；电流电压传感器所采集的反馈信号经电流/电压信号调理/变换电路滤波并变换，转速传感器经光电编码器信号调理电路进行整形及倍频后，输入至中央处理模块；由中央处理模块计算定子逆变器及转子逆变器的PWM驱动信号，经定子/转子逆变器隔离驱动电路进行功率放大后输出至定子逆变器及转子逆变器。

所述电压/电流转速传感器包括：霍尔式电压/电流传感器及增量式光电编码器。

所述中央处理模块采用DSP-TMS320F2812芯片，利用其内置的12个PWM输出端子同时控制双馈电机定、转子的输入电压。所述定子逆变器及转子逆变器采用IGBT开关元件。

本发明主要包括无刷双馈电机、电机驱动及控制模块、定子/转子逆变器及其辅助电源几大部分。

其中，电机驱动及控制模块包括：中央处理模块(CPU-DSP-TMS320F2812芯片)、电流/电压信号调理/变换电路、光电编码器信号调理电路、定子/转子逆变器隔离驱动电路；电流电压传感器所采集的反馈信号经电流/电压信号调理/变换电路滤波并变换，转速传感器经光电编码器信号调理电路进行整形及倍频后，输入至中央处理模块；由中央处理模块计算定子逆变器及转子逆变器的PWM驱动信号，经定子/转子逆变器隔离驱动电路进行功率放大后输出至定子逆变器及转子逆变器。

本发明所述电机驱动及控制模块包括驱动模块及控制模块。所述电机驱动及控制模块中的控制模块包括中央处理器CPU-DSP-TMS320F2812芯片、故障检测分析及保护电路参见图10、电流/电压信号调理/变换电路，即定、转子电压电流信号采集调理电路参见图4及图8。电机驱动及控制模块中的光电编码器信号调理电路参见图6。

参见图2，本发明由霍尔式电压/电流传感器将电机电流/电压信号测量并经电流/电压信号调理/变换电路变换整理送入CPU-DSP-TMS320F2812芯片；所述增量式光电编码器测量电机的转速信号经光电编码器信号调理电路进行整形及倍频后输入CPU-DSP-TMS320F2812芯片；

所述定子逆变器及转子逆变器的输出端接无刷双馈电机的定、转子输入端；所述电机驱动及控制模块中的驱动模块包括定子/转子逆变器隔离驱动电路，参见图5及图9。定子/转子逆变器隔离驱动电路的端口与定子逆变器及转子逆变器的输入端相接；所述电机驱动及控制模块中的驱动模块和控制模块通过CAN总线与整车控制器进行通讯，接收控制信息并返回运行状态，以实现对所述无刷双馈电机的控制，参见图3；所述定子逆变器及转子逆变器依据电机驱动及控制模块中发出的PWM信号将蓄电池的直流电压分别转换成可变频率的交流电压提供给所述无刷双馈电机的定子和转子。本发明所述定转子逆变器采用电压型逆变器。

本发明驱动电机双绕组无电刷，定、转子分别由与电机驱动及控制模块相接的两套逆变器供电；两套逆变器直接与蓄电池相接，从蓄电池吸收能量或向蓄电池回馈能量。

电机驱动及控制模块需要的反馈信号(电机定、转子电流，逆变器输入电压及电机转速的实时采集数据)由霍尔式电压/电流传感器及增量式光电编码器提供，参见图2。电机驱动及控制模块通过CAN总线接收整车控制器提供的转矩命令信号及电池管理单元的信息，由电流、电压、转速传感器提供反馈信号，采用电压电流信号调理变换电路将电压、电流反馈信号滤波并变换为主控CPU芯片DSP-TMS320F2812芯片可接收的信号，采用增量式光电编码器的信号调理电路对转速反馈信号进行整形及倍频。电机驱动及控制模块中的CPU芯片DSP-TMS320F2812芯片计算两套逆变器的PWM驱动信号，经开关元件驱动电路进行功率放大后输出，为两套逆变器的12个开关元件IGBT提供控制信号。

由电机驱动及控制模块中的CPU芯片DSP-TMS320F2812芯片软件控制定、转子绕组继电控制电路，使电机在高速区或重载时采用定/转子同时供电的双馈运行方式；在低速区或轻载时可以采用定子供电的异步运行方式。如果定子逆变装置发生故障，采用转子单独供电的异步运行方式，如果转子逆变装置发生故障，采用定子单独供电的异步运行方式。在下坡或制动时，高速时定、转子同时向蓄电池回馈能量，低速时由定子向蓄电触回馈能量。

本发明电动汽车无刷双馈电机驱动系统的蓄电池与定转子两个逆变器相连，电动时蓄电池通过逆变器为定/转子供电，制动时定/转子通过逆变器将能量回收进蓄电池。逆变电路将直流电压变换成可调频率的交流电压，为双馈电机供电。电机驱动及控制模块的DSP-TMS320F2812芯片通过CAN总线与整车控制器进行通讯，接收转矩控制命令并返回电机的运行状态，在汽车需要发出驱动力矩时，整车控制器向DSP-TMS320F2812芯片发出指令，DSP芯片根据直接转矩控制算法进行控制运算，获得两套逆变器开关元件IGBT的PWM控制信号，经光电隔离后由开关元件驱动电路放大后送给逆变电路，逆变电路依据PWM信号将蓄电池的直流电压转换成可变频率的交流电压提供给所述无刷双馈电机的定子和转子。在能量回收工作状态时，整车控制器向DSP芯片发出指令，逆变电路根据DSP芯片发出的控制信号，工作在整流工作方式，将电机回馈的交流电压整为直流电压，向蓄电池充电，参见图1及图2。

由于本系统采用双馈电机直接转矩控制方法，控制算法需要定、转子三相电流、逆变电路母线直流电压及电机转速的实时数据，电压/电流转速传感器中的霍尔式电流和电压传感器完成电流、电压的采样，增量式光电编码器完成电机转速的采样，经电机的电压电流信号调理电路送入电机驱动及控制模块的CPU——DSP-TMS320F2812芯片的输入端，CPU进行直接转矩控制运算，实现磁链闭环、转矩闭环和转速闭环控制，通过事件管理器输出PWM控制信号，如图2所示。

作为一种优选方案，本发明特别在电机驱动及控制模块中设有电机定子逆变器及转子逆变器故障检测分析单元，实时监测两套变频调速装置的工作状态，当检测到定子逆变器发生故障时，电机驱动及控制模块发出指令，将无刷双馈电机的定子三相绕组电路短路，此时切换到转子逆变单边调速状态；当检测到转子逆变器发生故障时，将无刷双馈电机的转子三相绕组电路短路，此时切换到定子逆变装置单边调速状态；这种冗余的控制方式大大提高了本驱动系统的可靠性，如图7所示。S1、S2、S3分别是来自于DSP的控制信号，S1信号用于实现系统的异步状态启动，S2信号将系统运行由异步状态切换到双馈运行状态，S3信号为定子逆变器故障时运行状态。S1由控制板P1口的T3PWM给出，S2由T4PWM给出，S3由T1CTPR给出，参见图7。

本发明电动汽车用无刷双馈电机驱动系统及其控制技术，其电力驱动部分使用无刷双馈电机，控制技术上应用变频调速的直接转矩控制理论，该电机控制系统集电动汽车的电动机、发电机、起动机于一体，通过控制技术实现起动、制动、正转、反转运行。

本发明所述的无刷双馈电机是一种绕线式无刷双馈电机，其结构包括机壳、定子、绕线式转子、电机轴。其中，定子铁芯上设置两套独立的线圈绕组，两套绕组共用同一个定铁芯，它比普通电机具有更宽的调速范围，更快的调速性能，更灵活的能量流向控制。

在控制系统的实现方面采用双逆变器，本发明采用两套逆变器，实现无刷双馈电机控制系统能量的双向流动，参见图1及图2。为解决电机定、转子绕组逆变装置的容量匹配的难点问题，本发明采用无功功率控制的方法，使转子无功功率减到最小，提高驱动效率，获得最小铜耗，减小驱动装置中的开关元件容量等级，使两套逆变器的容量均大幅减小，降低系统成本。

如图1所示，为应用无刷双馈电机的电动汽车驱动系统结构。

整车控制器通过CAN总线为电机驱动系统提供转矩控制命令并接收电机驱动系统的运行状态信号，电机驱动控制器根据整车指令控制电机的运行，蓄电池为电机提供驱动能量，汽车制动时，电机会将汽车轴上能量回收进蓄电池。电机采用无刷双馈电机，其定转子均接三相逆变电源，有两个逆变器根据电机驱动及控制模块发出的PWM信号将电池的直流电压转换成可变频率的交流电压提供给双馈电机的定子和转子。

电机驱动及控制模块采用变频调速直接转矩控制方法。

本发明硬件结构框图如图2所示，根据强弱电的区别，系统由两块电路板组成，分别是功率板和控制板。功率板集成了系统中所有的强电部分，包括逆变器主电路，母线电压检测，定、转子两路电流信号检测，保护电路和定转子绕组继电控制电路。控制板使用电机专用控制芯片DSP-TMS320F2812为CPU，控制板主要有以下几个部分组成：CPU及外围辅助电路，主要负责直接转矩控制策略和算法的实现，产生IGBT的PWM触发信号等工作；CAN总线及串口通信模块通过总线与汽车整车控制器通讯，接收对电机的控制信息并返回运行状态，使汽车整车控制器根据信息要求对电机进行调速、制动等控制，开关元件IGBT驱动隔离电路，母线电压及定、转子电流信号调理电路，光电编码器信号调理电路及故障检测分析电路。

本发明采用的无刷双馈电机可运行在供电方式不同的异步和双馈多种种调速方式，在电机定子和转子两侧均可施加频率可控的电压来实现对电机转速的调节。

由于道路状况的复杂性，电动汽车对双馈电机驱动系统的要求比较苛刻，要求双馈电机能够提供较高的起动转矩，能够在较大的调速范围内比较快的调速，并且能够有效的回馈电能。

上述电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法，可按如下步骤实施：

(1)驱动控制部分初始化；

若为异步运行状态，则执行：

b、进入定子供电异步运行控制程序，同时CPU封住转子三相脉冲；

若为双馈运行状态，则执行：

f、进入双馈运行中断程序；

g、判断运行状态改变，若是，则返回步骤(2)；若否，则CAN接收与应答，返回步骤f。

判断运行状态，若定子逆变器出现故障，则执行：

i、进入转子供电异步运行中断程序，同时CPU封住定子三相脉冲；

其中，本发明所述步骤(2)中定子供电异步运行控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取ADC；

c1、计算i_A、i_B、U_dc的值；

d1、计算定子电压分量；

e1、计算定子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定定子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩与给定值比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写定子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

参见图13，本发明所述步骤(2)中双馈运行控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取ADC；

c1、计算i_A、i_B、i_a、i_b、U_dc的值；

d1、计算定转子电压分量；

e1、计算定转子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定定子及转子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩两点滞环比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写定转子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

参见图14，其中，本发明所述步骤(2)中转子供电异步运行控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取ADC；

c1、计算i_a、i_b、U_dc的值；

d1、计算转子电压分量；

e1、计算转子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定转子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩两点滞环比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写转子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

如图12所示，本发明定时器T1周期标志启动AD转换，一次AD转换结束后触发ADC中断，程序转入ADC中断服务子程序运行。双馈运行状态下直接转矩控制的计算、实施过程都是在该子程序中实现的。

屏蔽中断

进入ADC中断服务子程序后，需要屏蔽所有可屏蔽中断，以使程序不受干扰的进行中断处理。

读取ADC

TMS320F2812的内置ADC模块为12位16信道，AD转换的结果被保存在AD转换结果寄存器ADCRESULTn中。该寄存器为16位，转换的12位保存在高位，低4位保留。将结果寄存器的采样值右移四位后存入变量空间ia、ib、Udc保存。以便后面程序进行数据处理。

计算iA、iB、ia、ib、Udc的值(异步运行时只计算iA、iB、Udc，转自供电异步运行时只计算ia、ib、Udc)

AD转换的结果实际是i_A、i_B、i_a、i_b、U_dc线性变换后的值。电流传感器将-50A～50A的电流采集为电压信号，经过电平变换后变为0～3V的电压信号输入DSP。对两相电流i_A、i_B、i_a、i_b，有如下关系：

y＝33.33x-50

由于直流母线电压为直流信号，故只用了电压传感器将0～1000V的电压测量范围，并转换为0～3V的电压信号输入DSP，转换关系如下：

y＝333.33x

y为实际值，x为AD转换的电压结果。计算出i_A、i_B、i_a、i_b的值后，利用下面3/2变换公式，可求出转子坐标dq坐标下的电流id、iq的值。

\{\begin{matrix} i_{d} = \sqrt{\frac{3}{2}} i_{a} \\ i_{q} = \frac{1}{\sqrt{2}} i_{a} + \sqrt{2} i_{b} \end{matrix}

计算电压分量

\{\begin{matrix} u_{a} = \frac{1}{3} U_{dc} (2 S_{a} - S_{b} - S_{c}) \\ u_{b} = \frac{1}{3} U_{dc} (- S_{a} + 2 S_{b} - S_{c}) \\ u_{c} = \frac{1}{3} U_{dc} (- S_{a} - S_{b} + 2 S_{c}) \end{matrix}

由开关状态Sa、Sb、Sc计算得到三相电压分量ua、ub、uc，见公式(4.4)，然后经过三相/两相坐标变换，见公式(4.5)，即可得到转子dq坐标系下的两相电压分量ud、uq。

\{\begin{matrix} u_{d} = \sqrt{\frac{3}{2}} u_{a} \\ u_{q} = \frac{1}{\sqrt{2}} u_{a} + \sqrt{2} u_{b} \end{matrix}

磁链模型

本系统直接转矩控制程序中的磁链模型使用u-i模型，可分别计算出定转子磁链。

\{\begin{matrix} ψ_{d} = &Integral; (u_{d} - R_{r} i_{d}) dt \\ ψ_{q} = &Integral; (u_{q} - R_{r} i_{q}) dt \end{matrix}

数字系统中积分运算要使用数字积分，本程序中采用欧拉法进行积分，即

y_k＝y_k-1+hf_k-1

式中，y_k为当前值，y_k-1为上一时刻的值，h为步长，f_k-1为上一时刻的导数。

转矩模型

双馈电机电磁转矩计算公式为：

T_e＝n_p(ψ_qi_rd-ψ_di_rq)

确定转子磁链所在扇区

根据计算出的转子dq轴磁链ψ_d、ψ_q，计算出转子磁链向量所在的扇区号sector(sector＝1，2，...，6)，作为后面开关电压向量选择依据之一。

磁链、转矩与给定值比较

上面计算出的磁链和转矩分别与给定值比较，经过滞环比较器后输出转矩控制信号F_m和磁链控制信号F_ψ，作为后面空间电压向量的选择依据。

查表得开关状态

根据磁链滞环输出F_ψ、转矩滞环输出F_m以及磁链扇区信号sector，确定输出到逆变器的最佳开关向量。即从V₁(100)、V₂(110)、V₃(010)、V₄(011)、V₅(001)、V₆(101)、V₇(111)、V₀(000)中选择最佳状态。

写PWM寄存器

根据从最优开关矢量表中读出的最优开关矢量，修改事件管理器A(EVA)和事件管理器(EVB)实时修改比较寄存器1~6，得到PWM1~PWM6和PWM7~PWM12十二路PWM信号，控制逆变器输出期望的空间电压矢量，以达到直接转矩控制的目的。

速度计算及速度PI算法

通过在中断服务子程序中设置计数器，每十次中断计算一次转速并运行一次PI算法。

设定采样时间T为1ms。由T1定时器定时实现。

启动下次AD转换

清除所有中断，开启中断，用软件作为触发源启动下次AD转换，为下次AD转换做好准备。

可以理解地是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims

1.电动汽车无刷双馈电机驱动系统，其特征在于，包括无刷双馈电机、定子逆变器、转子逆变器、定子/转子绕组继电控制电路、电机驱动及控制模块、电动汽车整车控制器、蓄电池、电池管理单元及电流电压转速传感器；

2.根据权利要求1所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统，其特征在于：所述电机驱动及控制模块包括：中央处理模块、电流/电压信号调理/变换电路、光电编码器信号调理电路、定子/转子逆变器隔离驱动电路；电流电压传感器所采集的反馈信号经电流/电压信号调理/变换电路滤波并变换，转速传感器经光电编码器信号调理电路进行整形及倍频后，输入至中央处理模块；由中央处理模块计算定子逆变器及转子逆变器的PWM驱动信号，经定子/转子逆变器隔离驱动电路进行功率放大后输出至定子逆变器及转子逆变器。

3.根据权利要求2所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统，其特征在于：所述电压/电流转速传感器包括：霍尔式电压/电流传感器及增量式光电编码器。

4.根据权利要求2或3所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统，其特征在于：所述中央处理模块采用DSP-TMS320F2812芯片，利用其内置的12个PWM输出端子同时控制无刷双馈电机定、转子的输入电压。

5.根据权利要求4所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统，其特征在于：所述定子逆变器及转子逆变器采用IGBT开关元件。

6.根据权利要求5所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统，其特征在于：在所述电机驱动及控制模块中设有定子/转子逆变器故障检测分析单元；所述定子/转子逆变器故障检测分析单元的端口接定子逆变器及转子逆变器的端口；所述定子/转子逆变器故障检测分析单元实时监测定子逆变器及转子逆变器的工作状态，并将故障状态信号送入电动汽车整车控制器。

7.一种如权利要求5所述电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法，其特征在于，按如下步骤依次实施：

(1)驱动控制部分初始化；

若为异步运行状态，则执行：

若为双馈运行状态，则执行：

f、进入双馈运行中断程序；

判断运行状态，若定子逆变器逆变器出现故障，则执行：

8.根据权利要求7所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法，其特征在于：所述步骤b中定子供电异步运行中断控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取模数变换器；

c1、计算i_A、i_B、Ud_c的值；

d1、计算定子电压分量；

e1、计算定子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定定子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩与给定值比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写定子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

9.根据权利要求8所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法，其特征在于：所述步骤f中双馈运行中断程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取模数变换器；

c1、计算i_A、i_B、i_a、i_b、U_dc的值；

d1、计算定转子电压分量；

e1、计算定转子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定定子及转子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩两点滞环比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写定转子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。

10.根据权利要求9所述的电动汽车无刷双馈电机驱动系统的控制方法，其特征在于：所述步骤i中转子供电异步运行中断控制程序依次执行如下步骤：

a1、屏蔽中断；

b1、读取模数变换器；

c1、计算i_a、i_b、U_dc的值；

d1、计算转子电压分量；

e1、计算转子磁链；

f1、计算电磁转矩；

g1、确定转子磁链所在扇区；

h1、磁链、转矩两点滞环比较；

i1、查表得开关状态；

j1、写转子PWM寄存器；

k1、速度计算及速度PI算法；

l1、启动下次AD转换。