項(xiàng)目名稱：20kW微型電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)

項(xiàng)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(xiàng)目。本項(xiàng)目開發(fā)的微型電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)微型電動(dòng)汽車提供動(dòng)力的功能，也可以對(duì)于混合動(dòng)力的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制?？刂蒲芯繉?duì)象為20kW等級(jí)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(jì)，采用FOC-SVPWM算法實(shí)現(xiàn)電機(jī)動(dòng)態(tài)控制，同時(shí)加入電機(jī)容錯(cuò)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(dòng)EiceDRIVERTM，對(duì)逆變器進(jìn)行過流、過壓、過溫、驅(qū)動(dòng)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(hào)以及位置速度信號(hào)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(shí)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(jì)方面，對(duì)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(jì)，保證了設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)汽車對(duì)車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(cuò)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(shí)測(cè)試。容錯(cuò)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(shí)，切換到無(wú)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(shí)，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(cè)以及分層的優(yōu)先級(jí)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(shí)采用對(duì)于傳感器信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行失效檢測(cè)。并用數(shù)字電流滯環(huán)比較的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)于電流環(huán)的控制。當(dāng)系統(tǒng)的相電流傳感器失效時(shí)，對(duì)于三相電流的估計(jì)，主流方法是通過母線電流傳感器以及開關(guān)狀態(tài)來(lái)對(duì)三相電流進(jìn)行重構(gòu)，該方法的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性較高。

圖二 容錯(cuò)控制策略及算法

同時(shí)為了對(duì)電機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試以及精確建模，需要對(duì)于電機(jī)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。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(shí)算法對(duì)于電機(jī)的電感、電阻、磁鏈進(jìn)行參數(shù)的辨識(shí)。
整個(gè)開發(fā)流程利用MATLABTM對(duì)于電機(jī)控制算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，利用Embedded CoderTM自動(dòng)生成控制算法代碼，再與DaveTM自動(dòng)生成的TriCore底層驅(qū)動(dòng)代碼進(jìn)行集成，自動(dòng)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(tái)之間的移植。

性能指標(biāo)：

該項(xiàng)目使用的INFINEON的物料清單：