机电液耦合器控制器设计

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环境污染和全球变暖使得世界各国逐步提高了汽车的尾气排放标准,这导致大量传统燃油车被各种新能源汽车取代。机电液耦合器作为众多新能源汽车主驱元件之一,由于具有可逆性、无级变量、变量动态特性好、效率高等优点,在近年来进入公众视野并成为新的研究热点。机电液耦合器控制器作为整个系统中的核心部件,肩负着提高系统的运行效率,保障在各种复杂工况下行驶性能等重任。本文提出了基于滑模速度控制器i_d=0的矢量控制策略,结合1000线光电编码器实现系统电流、速度双闭环控制,保证机电液耦合器在全速度范围内调速准确,负载突变时运行平稳。本文研究内容包括三部分:通过Simulink进行机电液耦合器控制系统的建模仿真。对机电液耦合器电结构进行数学表达并给出各坐标之间的转换;对SVPWM和矢量控制技术的理论及实现方式进行研究;提出基于i_d=0滑模矢量控制策略并进行阐述;针对机电液耦合器双动力扭矩来源进行分析。然后将上述理论及数学公式融合在Simulink中搭建电流、速度双闭环控制模型,并对机电液耦合器控制系统模型进行加速、负载突变实验。从速度响应、转矩、相电流及无功电流等输出信息确定所设计控制策略能够满足设计要求。在控制策略验证完成后,需要设计控制器。硬件部分主要设计了基于STM32F407ZGT6的最小系统及通讯电路,功率模块的驱动及保护电路,系统的信号检测及保护电路,完成转速闭环的编码器电路等。软件部分给出主程序、中断程序、转子位置检测及测速程序、SVPWM程序的设计原理及设计流程,然后结合STM32CubeMX和Ewarm进行程序编写。为保证所设计控制器性能,对其进行实物验证。利用双脉冲程序对硬件电路的死区时间、驱动波形等进行验证。在系统基础硬件电路验证完成后对控制程序进行调试验证,通过对起动过程转速及稳态过程电流信息的观测发现:系统具有良好的加速性能;且在稳态运行过程中电流波形正弦度高,无毛刺出现,表明系统无功电流很小,系统效率高。
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