CN107834925B - 一种定向矢量控制的交流异步电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，包括DSP控制器、运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块，所述运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块均与所述DSP控制器相连接；所述光耦驱动模块连接有功率模块，所述功率模块连接有交流异步电机，所述交流异步电机连接有光电编码器，所述光电编码器连接所述运行监测模块；所述光耦驱动模块连接有电源模块，所述电源模块连接所述钥匙开关，所述钥匙开关连接有蓄电池组，所述蓄电池组连接所述主接触器，所述主接触器连接所述功率模块。该控制器结构简单、设计新颖、针对性强、自动化程度高，很好地解决了汽车交流异步电机的控制问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向矢量控制的交流异步电机控制器。
背景技术
随着全球气候变化的影响及新能源汽车的发展，纯电动汽车已成为节能环保绿色车辆最主要的发展方向之一。随着电子及信息技术在汽车上的应用更加普及，纯电动汽车需要由控制器来管理协调整车的电机、电池等主要部件之间的关系，来更好的实现纯电动汽车使用、可靠等相关性能。
目前纯电动汽车控制器没有一个主流的应用目的，各个厂家研发纯电动控制器都根据其自身需求进行设计的。结构特点各有不同。鉴于此，设计一种整车的交流异步电机控制器系统，通过CAN通信可以和整车控制器进行通信，进行信息交换，系统结构简单，管理协调整车部件，提高电动汽车的操作性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，该控制器结构简单、设计新颖、针对性强、自动化程度高，很好地解决了汽车交流异步电机的控制问题。
为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：
一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，包括DSP控制器、运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块，所述运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块均与所述DSP控制器相连接；所述光耦驱动模块连接有功率模块，所述功率模块连接有交流异步电机，所述交流异步电机连接有光电编码器，所述光电编码器连接所述运行监测模块；所述光耦驱动模块连接有电源模块，所述电源模块连接所述钥匙开关，所述钥匙开关连接有蓄电池组，所述蓄电池组连接所述主接触器，所述主接触器连接所述功率模块。
进一步，所述CAN通信模块连接有手持器和仪表。
进一步，所述运行监测模块连接有档位器、电子油门和刹车。
进一步，所述DSP控制器为TI TMS320F2802DSP数字处理芯片。交流控制器主要是以TI TMS320F2802DSP数字处理芯片为控制核心的全数字化交流伺服器，具有高稳定性、高可靠性和高节能降耗等特点，为复杂的控制算法、智能控制系统乃至网络控制系统的实现提供了硬件支撑。
进一步，所述蓄电池组和钥匙开关之间设有熔断器。
进一步，所述DSP控制器连接有能量回收模块。
进一步，所述交流异步电机连接有电流传感器和温度传感器。
进一步，所述光耦驱动模块内设有驱动电路。
由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明为一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，该控制器结构简单、设计新颖、针对性强、自动化程度高，很好地解决了汽车交流异步电机的控制问题。该控制器通过硬件线路检测各模块的运行参数，依据收集到的参数通过软件程序进行反馈调节车辆运行状态。该控制器主要是以TI TMS320F2802DSP数字处理芯片为控制核心的全数字化交流伺服器，具有高稳定性、高可靠性和高节能降耗等特点，为复杂的控制算法、智能控制系统乃至网络控制系统的实现提供了硬件支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明中一种定向矢量控制的交流异步电机控制器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，包括DSP控制器、运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块，所述运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块均与所述DSP控制器相连接；所述光耦驱动模块连接有功率模块，所述功率模块连接有交流异步电机，所述交流异步电机连接有光电编码器，所述光电编码器连接所述运行监测模块；所述光耦驱动模块连接有电源模块，所述电源模块连接所述钥匙开关，所述钥匙开关连接有蓄电池组，所述蓄电池组连接所述主接触器，所述主接触器连接所述功率模块。光耦驱动模块和功率模块组成功率驱动系统，功率驱动系统是为电动汽车电机提供低电压大电流的电路。电压在36-86V，当为48V时，系统的48V直流电直接来源于蓄电池。48V直流电先进行滤波，然后作为母线直流电压供于三相桥。同时配合6路PWM波来控制三相全桥MOS管的开关。最终把直流电逆变成频率变化的交流电来驱动异步电机的转动。所以电动汽车的功率驱动系统包括滤波，三相桥逆变、整流滤波、电流采样、电压反馈、稳压电路和保护电路。驱动电路主要完成是TMS320F2802主控芯片与MOSFET驱动模块之间的信号控制、信号隔离、以及过流、过热保护电路等。
蓄电池进入交流控制器后，首先通过钥匙开关控制电源模块的开启与关断，钥匙开关打开后，蓄电池组提供的电源通过开关电源产生几路小电压电源为主控芯片及驱动模块供电，此开关电源即为电源模块。
电源模块工作正常后，主控芯片开始工作，通过检测模块检测蓄电池组电压、电机温度、控制器温度、档位器、电子油门、刹车等是否正常，如一切正常，主控芯片控制主接触器吸合，蓄电池组为功率模块供电。如出现过压或欠压，温度过高，开机有档位信号，加速信号，刹车等现象，主接触器不吸合，直至检测模块检测正常。
运行监测模块主要把车辆的运行状态反馈给主控芯片，通过光电编码器检测电机转子的位置和速度；通过检测档位器信号控制电机的运转方向；通过检测电子油门信号的大小，控制车辆行驶的动力；检测刹车信号来启动能量回收或取消功率输出；对于电流的检测则是控制功率的输出，以及闭环控制中的运算。
交流异步电机为车辆的动力来源，控制器通过主控芯片输出控制信号，由光耦驱动模块将控制信号放大，用来驱动功率模块。功率模块按照主控芯片的指令将蓄电池组的直流电逆变成可以驱动交流异步电机运转的交流电，从而驱动车辆行驶。车辆行驶的方向与快慢则是通过运行检测模块反馈给主控芯片。
CAN总线模块可用于手持器进行数据的显示与调整，也可用于智能仪表的信号通信，亦可与整车管理系统进行通信。
能量回收模块则是DSP控制器的逆向工作，当车辆在滑行状态下，控制器无功率输出，此时电机可作为发电机，通过控制器程序的控制，将电机的机械能转换成电能反充到蓄电池组中，从而实现能量回收。
所述CAN通信模块连接有手持器和仪表。
所述运行监测模块连接有档位器、电子油门和刹车。
所述DSP控制器为TI TMS320F2802DSP数字处理芯片。交流控制器主要是以TITMS320F2802DSP数字处理芯片为控制核心的全数字化交流伺服器，具有高稳定性、高可靠性和高节能降耗等特点，为复杂的控制算法、智能控制系统乃至网络控制系统的实现提供了硬件支撑。
所述蓄电池组和钥匙开关之间设有熔断器。蓄电池组为整车供电电源，蓄电池组通过熔断器(图中未画出)接入交流控制器，熔断器(保险丝)起到短路保护作用，因不可控制因素导致过大电流时，保险丝熔断，起到断电保护作用。
所述DSP控制器连接有能量回收模块。由于电动汽车频繁执行起停操作以及蓄电池供电的缘故，使得PMSM的能量回馈成为必要的功能。电动汽车在刹车和负载下降的过程中，PMSM经常会工作在发电机状态。此时电动汽车的动能或势能转变为电能重新充回电池，将能回收相当可观的一部分能量。既能延长电动汽车的续航时间，也达到了节能环保的要求。
所述交流异步电机连接有电流传感器和温度传感器。为了保护功率器件和电机，需要对电流电压和温度进行实时采样。根据电机不同的运行状态采取不同的保护动作。这一部分的功能通过电流传感器、温度传感器和TMS320F2802的AD采样共同完成。当采样的电流和电压超出系统的安全范围的时候，则通过软件进行限压和限流保护。若电流和电压超出警戒值之外，则软件通过封锁PWM波来关断MOSFET功率管停止输出UVW三相电，从而保护电机和伺服控制系统。
所述光耦驱动模块内设有驱动电路。
该控制器由DSP控制器、光耦驱动模块、蓄电池组、交流异步电机、光电编码器、温度传感器、主接触器、钥匙开关、熔断器等组成。蓄电池组为整个伺服控制系统提供48V、60V、72V的电源。CAN总线接口管理DSP控制器与智能仪表之间的通信功能；熔断器用来保护控制电路和功率单元；DSP控制器部分采用了TI公司的TMS320F2802芯片。该处理器主要负责控制策略的执行，系统的控制算法即在此实现；同时还实现了对CAN总线及JTAG等接口的通信功能；
交流控制器的原理：它根据光电编码器采样获得电机转子的位置和速度；通过AD采样获得电压，送回到DSP内部的AD模块判断是否过流、过压、欠压；运动空间电压矢量调试，合成PWM脉冲调宽波形，驱动功率模块以便生成异步电机所需的正弦波电流，从而使得电机按预定的指令运转。采用TMS320F2802作为主控制器，电机的处理在芯片内部完成。TMS320F2802芯片具有32位的定点CPU,支持16*16位和32*32位的乘和累加操作，时钟频率高达120MHZ，增强型的哈佛总线结构；带有支持3个外部中断，45个外设中断的外设中断扩展(PIE)模块，3个32位定时器，多达56个可编程的通用I/O引脚；两个事件管理器模块EVA和EVB；串行外设接口(SPI)、两个串行通讯接口(SCI)、优化控制局域网(eCAN)、SPI模式的多通道缓冲型串行接口(MeBSP)；12位ADC具有16通道即：2×8通道多路输入、两个采样与保持、快速转换时间：200ns；流水线转换时间：60ns；高级仿真性能包括：分析和断点功能、JTAG在线实时调试。
以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：
包括DSP控制器、运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块，所述运行监测模块、光耦驱动模块、电源模块、CAN通信模块和检测模块均与所述DSP控制器相连接；所述光耦驱动模块连接有功率模块，所述功率模块连接有交流异步电机，所述交流异步电机连接有光电编码器，所述光电编码器连接所述运行监测模块；所述光耦驱动模块连接有电源模块，所述电源模块连接钥匙开关，所述钥匙开关连接有蓄电池组，所述蓄电池组连接主接触器，所述主接触器连接所述功率模块；
所述运行监测模块连接有档位器、电子油门和刹车；
首先通过钥匙开关控制电源模块的开启与关断，钥匙开关打开后，蓄电池组提供的电源通过电源模块产生几路小电压电源为DSP控制器及光耦驱动模块供电；
电源模块工作正常后，DSP控制器开始工作，通过检测模块检测蓄电池组电压、电机温度、控制器温度、档位器、电子油门、刹车是否正常，如一切正常，DSP控制器控制主接触器吸合，蓄电池组为功率模块供电；如出现过压或欠压，温度过高，开机有档位信号，加速信号，刹车现象，主接触器不吸合；
运行监测模块把车辆的运行状态反馈给DSP控制器，通过光电编码器检测电机转子的位置和速度；通过检测档位器信号控制电机的运转方向；通过检测电子油门信号的大小，控制车辆行驶的动力；检测刹车信号来启动能量回收或取消功率输出；对于电流的检测则是控制功率的输出，以及闭环控制中的运算；
交流异步电机为车辆的动力来源，DSP控制器通过主控芯片输出控制信号，由光耦驱动模块将控制信号放大，用来驱动功率模块；功率模块按照主控芯片的指令将蓄电池组的直流电逆变成驱动交流异步电机运转的交流电，从而驱动车辆行驶；车辆行驶的方向与快慢则是通过运行监测模块反馈给主控芯片。
2.根据权利要求1所述的一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：所述CAN通信模块连接有手持器和仪表。
3.根据权利要求1所述的一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：所述DSP控制器为TI TMS320F2802DSP数字处理芯片。
4.根据权利要求1所述的一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：所述蓄电池组和钥匙开关之间设有熔断器。
5.根据权利要求1所述的一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：所述DSP控制器连接有能量回收模块。
6.根据权利要求1所述的一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：所述交流异步电机连接有电流传感器和温度传感器。
7.根据权利要求1所述的一种定向矢量控制的交流异步电机控制器，其特征在于：所述光耦驱动模块内设有驱动电路。
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