混合动力客车用ISG控制器的研究

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汽车是当今社会的重要交通工具,然而目前整个世界石油资源匮乏、汽车尾气造成的城市大气污染问题日趋严重。感应电机或永久磁铁励磁同步电机的集成一体化启动发电机-ISG(Integrate Starter Generator)的出现是解决电气功率及降低排放的理想办法,ISG技术对满足今天及未来在提高效率(功率)及降低排放方面的要求是最理想的,最合适的,在国内和国外有着广阔的市场前景。国内外很多专家预言, ISG将逐步取代传统的启动电机和发电机,成为汽车业的一种规范,前景更为广阔,并且具有很好的社会效益。ISG系统的研发主要涉及到两个个方面的内容: 1.高滑差三相感应异步电机和直流永磁无刷电机的研制;2.通过CAN总线和整车的协调。因为永久磁铁励磁同步电机的结构与直流无刷电机相似,控制方法接近,所以在ISG系统所应用的特殊电机还未研制成功的前提下,使用直流无刷电机代替,作控制特性的研究是比较科学合理的。另外,因为PIC18FXX8系列的单片机,在外围集成了PWM模块,和CAN总线通讯模块,比较方便于电机调速和CAN通讯的应用,且具有指令周期短,抗干扰能力强,支持在线编程调试,拥有多种C语言编译器等特点,所以选用了PIC18F458单片机作为核心控制器。电路的设计目的,是为了进行电机控制的初步的试验,并为进一步电机控制方案的完善提供方便的,试验性的数据依据,和直观的可操作的人机交互平台,及CAN通讯的初步试验。所以包括了以下几个部分:1.电机换向控制模块及接口;2.电机转速采集模块及接口;3.上<WP=58>位机通讯模块及接口(RS232);4.CAN总线通讯模块及接口;5.键盘输入及显示模块。ISG电机并不是一个独立的系统,而是为了提高整车的性能而存在的,所以必须要融入到整车控制系统中去,并作为一个子系统而存在。目前汽车ECU系统大多数使用CAN总线通讯,所以ISG系统CAN通讯接口和模块就显得至关重要。这部分的作用是:1.将ISG系统的功率、扭矩、转速、发电电压等各项系统参数适时的准确的传送给整车主控CPU;2.根据主控CPU的要求调整本系统状态,以满足主控CPU的要求。如:根据主控CUP传送的扭矩补偿数值提供一定的扭矩,以实现恒扭矩启动,这也是ISG电机控制的一个最主要的研究内容。 目前已实现的功能包括:1.直流无刷电机的换向控制;2.转速开环,闭环控制;3.较为复杂的键盘及显示功能,作为转速等参数的输入及显示;4.CAN总线通讯的初步尝试。随着研究的深入,我们也逐渐发现了PIC18FXX8 单片机在电机控制中的局限:1.作为ISG电机,除了基本的电机转速控制之外,还要实现恒扭矩输出,包括额定转速之上的恒功率控制。但是,当电机达到额定转速之上时,其自感电压将大于等于其驱动电压。为了解决这个问题,需要使用矢量控制的发法,对电机做弱磁场处理,即通过控制驱动电流的相位来降低感应磁场。作矢量控制的运算量很大,要求核心控制器有更高的速度和运算能力,但是,这是PIC18FXX8单片机所无法满足的。2.为ISG电机,发电是另一个重要的功能。实现发电机的功能,要求对电极的磁场,电流做更加复杂的控制,需要的运算量和运算速度都很高。同样也是PIC18FXX8单片机所很难满足的。可见运算速度,和庞大的运算量是PIC单片机无法突破的瓶颈,所以可以得出结论,要想实现更加复杂的ISG电机的控制共功能,需要另选核心处理器。于是我们想到了使用DSP,因为它具有很好的运算速度和能力,可以比较好的满足大量的复杂的运算。目前我们整试图使用TI公司生产的TM320x24x 系列DSP控制<WP=59>器,作电机控制,更多的工作正在进行中。ISG系统的研发是一个系统的庞大的项目,电机控制部分,是其中一个重要组成部分的。本人所完成的这部分的工作是探索性的研究和试验,和最终的产品还有一定的差距,但是,这为成熟的ISG电机控制技术的形成,作了重要的铺垫,也积累了有价值的理论及实践经验;为整个项目的最终完成,起到了推动作用。
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