基本信息
- 项目名称：
- 电动汽车用永磁同步电机（PMSM）控制器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 设计基于DSP芯片控制的永磁同步电机双闭环及人机交互的智能控制系统。能够实时检测永磁转子的空间位置和定子绕组电流，实现速度、电流双闭环，通过运算实现解耦控制，电动车信息显示，自动识别外界反馈信息，实现基于优化策略模型的智能控制。
- 详细介绍：
- 同步电机控制器以模块方式组成，分别为控制模块、驱动模块、检测模块、通讯模块以及执行模块。 1、控制模块：综合各类控制芯片的优缺点，我们最终选择使用高性能的DSP芯片作为控制核心，研究DSP芯片在同步电机伺服控制中的应用，构建其通用应用模型。 2、驱动模块：综合当前电力电子技术的发展情况，特别是电力电子技术在大电压，大电流情况下的应用。我们决定选择IGBT作为功率元件构成逆变器，同时，研究其在实际应用中出现的问题，并寻求解决方案，制作出配套的保护系统。 3、检测模块：从电机智能化控制需要的角度出发，构建包括电流，速度以及部分外界信息的检测模型。并验证其在应用中的优缺点。 4、通讯模块：由于电动机运行时的强烈电磁干扰，需要特别考虑通讯的抗干扰能力。因此，在应用中重点比较CAN总线通信方式和其他方式的抗干扰性能。 5、执行模块：重点研究永磁步电机作为汽车驱动电机的运行特点，总结规律，从而寻找一种更合理的控制策略。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 创新点： 1、控制系统响应速度快，具有自适应性。 2、系统驱动功率大，抗过载能力强。 3、全数字化控制，人性化设计。 4、系统效率高且运行稳定，经济环保。 5、具有系统保护告警功能，防止误动作，过载等情况。 技术关键： 1、双闭环控制、矢量控制技术等先进控制理念的综合性应用。 2、IGBT作为逆变单元主功率器件。 3、永磁转子的空间位置和定子绕组电流检测。 4、DSP处理器作为控制单元的核心。 主要技术指标： 额定功率：5.5KW（±10%） 额定电压：380V 额定电流：31A 系统效率：>88%
科学性、先进性
- 目前电动汽车上广泛采用直流串励电动机，但直流电动机由于存在换向火花，比功率较小、效率较低，维护保养工作量大，而永磁同步电机( PMSM)转动惯量小、转矩脉动小、可高速运行，具有较高的运行效率和较高的转矩密度。再者同电励磁电机相比，PMSM具有效率高、功率数高、调速范围宽、对负载的承受能力强的特点。随着电机技术和电机控制技术的发展，PMSM必然会成为一个不错的选择和将来研究的热点。 优化的控制策略，自适应性强，动态响应速度高。 虽然我国在永磁同步电机控制结构和设计方面的研究工作具有世界先进水平，但是高性能永磁同步电机控制系统研究跟不上。因此，国内永磁同步电机控制策略的研究显得尤为重要。对此我们从硬件、软件两方面对控制策略进行了改进，使得其高效且数字化，控制性能优良。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 合作生产
作品可展示的形式
- 实物、产品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：使用该控制器时，将直流电源接入控制器电源输入端口，电源输出端口按Y形接法与同步电机相连。打开电源，配合功能键即可实现电机的启动，调速，刹车等功能。 技术特点和优势： 1、含检测传感系统的场定向控制技术。 2、启动加速快，无级调速，控制性能优异。 3、优化的控制策略，自适应性强，动态响应速度高。 适应范围及推广前景： 本系统适用于家用小型电动汽车及各种交流同步电机调速设备。随着技术的不断进步以及充电设施的不断建设和完善，电动汽车在全球的普及度必然会越来越高。 市场分析及经济效益： 纯电动车相比传统汽车动力系统，电动机和控制器的成本更低，能量转换效率更高，因此使用成本也较低。按目前应用的电动汽车公布的数据，百公里耗电12度，按电价0.5元算，百公里使用成本才6元，而其原形内燃车同等情况下成本是46.5元。总体来说，本系统将会随着电动汽车的发展而具有良好的市场前景和经济效益，以及更大的技术提升空间。
同类课题研究水平概述
- 在能源危机的当今时代，国内外掀起了利用新能源热潮。目前国内外在积极研究电动汽车用电机控制器，而永磁同步电动机控制器的应用是未来的方向，如今人们已经已经在这个领域取得了丰硕的成果。 交流永磁同步机，其控制技术日趋成熟，控制器已产业化。最新的驱动技术能使调速系统体积小、节能、性能好、转矩大、易实现低速大转矩起动。该系统已得到各大公司的青睐。 电机所驱动的负载千变万化,如全部采用通用型电机,在某些情况技术经济很不合理.因此,国外大力发展专用电机,专用电机约占总产量的80%,通用电机占20%,而我国恰恰相反,专用电机占20%,通用电机占80%,专用电机是根据不同负载专门设计的,节能潜力很大。 永磁无刷电动机优点为散热容易且无碳刷磨损，因此摆脱高速与大功率化的限制，唯一需注意的是如何选配适合的换相感测组件与其安装位置，因为该类电动机需要匹配专用的驱动电路与换相感测组件。目前在混合动力汽车的应用越来越多，例如丰田与本田混合动力汽车采用此类电动机，瞬间输出功率达到数十千瓦与最高转速需求在5000r/min以上。但是，目前国内外在电动汽车用永磁同步电动机的产业化上只是处于起步阶段，在电机控制的稳定性及最优调速策略的理论与技术上还很不成熟。目前，国内外只有很少的永磁电机混合双动力电动汽车投产，但它的优势已经得到大家的认可。
