項目名稱：20kW微型電動汽車電機(jī)控制系統(tǒng)

項目介紹：
英飛凌汽車電子亞太區(qū)產(chǎn)業(yè)化合作伙伴自主研發(fā)項目。本項目開發(fā)的微型電動汽車電機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對微型電動汽車提供動力的功能，也可以對于混合動力的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制。控制研究對象為20kW等級的三相永磁同步電機(jī)。在控制器方面，采用英飛凌的TriCore系列32-bit單片機(jī)TC1782進(jìn)行電機(jī)控制算法的設(shè)計，采用FOC-SVPWM算法實現(xiàn)電機(jī)動態(tài)控制，同時加入電機(jī)容錯控制算法。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面，采用的先進(jìn)的集成IGBT模塊HybridPACKTM2或EconoPACKTM4或者EconoDualTM3，利用英飛凌的高壓隔離驅(qū)動EiceDRIVERTM，對逆變器進(jìn)行過流、過壓、過溫、驅(qū)動欠壓保護(hù)等。控制系統(tǒng)采用電流傳感器以及正交增量編碼器獲得電機(jī)的電流信號以及位置速度信號進(jìn)行閉環(huán)反饋。通信方面，采用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)與指令的收發(fā)采集。調(diào)試時采用串口連接上位機(jī)，與主控芯片進(jìn)行通信及控制。
在機(jī)械工藝設(shè)計方面，對主回路進(jìn)行合理布局，利用合理的布線降低母線電感，采用水冷卻方式和有效的散熱設(shè)計，保證了設(shè)計的緊湊性，達(dá)到減小體積、減輕重量、提高功率密度的目標(biāo)。真正地實現(xiàn)了體積小、重量輕、效率高、智能化的特點(diǎn)，均符合了現(xiàn)今電動汽車對車用電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)要求。圖一為系統(tǒng)框圖。

圖一 電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于加入了電機(jī)的容錯控制算法以及可以利用該系統(tǒng)進(jìn)行電機(jī)的參數(shù)辨識測試。容錯控制主要采用解析冗余控制，在正常工作模式下采用正常的FOC控制，該方式可以滿足全速度區(qū)間高性能的工作，但是需要位置與電流傳感器。在位置傳感器失效時，切換到無速度傳感器控制模式下工作，可以在中低速區(qū)間獲得較高性能。在高速或者極低速區(qū)間，采用標(biāo)量控制的轉(zhuǎn)差頻率控制，控制電流的幅值，犧牲一定的電機(jī)性能。當(dāng)電流傳感器也失效時，控制器切換為最基本的VVVF控制。頂層的控制器切換策略采用柔性的自組織控制器，保證在任意失效下都可以獲得最大的性能。其中引入了失效檢測以及分層的優(yōu)先級順序，通過得到的不同的失效狀況決定策略的切換，可以獲得平滑的過渡。同時采用對于傳感器信號的統(tǒng)計值進(jìn)行失效檢測。并用數(shù)字電流滯環(huán)比較的方法實現(xiàn)了對于電流環(huán)的控制。當(dāng)系統(tǒng)的相電流傳感器失效時，對于三相電流的估計，主流方法是通過母線電流傳感器以及開關(guān)狀態(tài)來對三相電流進(jìn)行重構(gòu)，該方法的實時性和準(zhǔn)確性較高。

圖二 容錯控制策略及算法

同時為了對電機(jī)進(jìn)行性能測試以及精確建模，需要對于電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識。利用CAN總線進(jìn)行命令的收發(fā)以及數(shù)據(jù)的采集傳送，采用辨識算法對于電機(jī)的電感、電阻、磁鏈進(jìn)行參數(shù)的辨識。
整個開發(fā)流程利用MATLABTM對于電機(jī)控制算法進(jìn)行仿真驗證，利用Embedded CoderTM自動生成控制算法代碼，再與DaveTM自動生成的TriCore底層驅(qū)動代碼進(jìn)行集成，自動代碼技術(shù)大大縮小了開發(fā)流程，減少了手工代碼工作量，方便不同平臺之間的移植。

性能指標(biāo)：

該項目使用的INFINEON的物料清單：