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(多图) 燃料电池车离散MRAC电机控制系统的DSP软件设计

现代电子技术 刘剑英?? 2010年07月26日 ?? 收藏0

  燃料电池车是以氢气为燃料,氢气与大气中的氧气发生化学反应,通过电极将化学能转化为电能,以电能作为动力驱动汽车前进。燃料电池汽车具有高效率、无污染、零排放、无噪声等高科技优势,代表了未来汽车使用新型能源、先进科技以及追求环保的发展趋势,领导着汽车工业革命的新潮流。电机驱动系统是燃料电池车的心脏,直接影响着燃料电池车性能的优劣。数字信号处理器 (DSP)的发展使各种先进的控制策略应用于电机驱动系统成为可能。模型参考自适应控制在电动汽车中的应用,能够提高电动汽车电机驱动系统性能,加速电动汽车产业的发展。

  l 燃料电池车及其离散MRAC电机控制系统

  本文所研究的燃料电池车电机是型号为XQ-5-5H的5 kW直流牵引电机,对电机的控制采用包括电流环和速度环的双闭环调速系统,其结构框图如图1所示。图中虚线方框内由以DSP为核心的控制系统来实现。本文主要探讨其软件的没计。

电机控制系统

  对双闭环调速系统的设计在此不做详细讨论,这里只给出设计结果。对电流的调节采用传统的PI调解,其传递函数为:

  传递函数
?? 式中:K为PI调节器比例部分的放大系数;τ为积分时间常数。

  对速度的调节采用自适应调解方法,为了便于计算机实现,采用离散模型参考自适应控制,结构图如图2所示。对于其具体说明参见文献。

结构图

  2 控制系统软件设计

  2.1 硬件系统介绍

  基于FMS320LF2407A的燃料电池车电机驱动控制系统硬件系统方框图如图3所示,主要包括给定信号检测电路、电流检测电路、速度检测电路、PWM输出电路和DSP外部电路。

系统硬件系统方框图

  2.2 主程序设计

  主程序包括初始化程序和循环等待2部分。系统上电或复位后主程序自动运行,它首先将系统初始化,主要包括硬件初始化即根据要求给各种硬件如时钟及看门狗模块、I/O模块、定时器、SCI模块、ADC模块、定时器、控制寄存器等赋值,以便各模块正常工作,以及程序全局变量初始化,主要包括电流PI调节、转速自适应控制调节参数初始化以及其他全局变量初始化,然后开中断并等待。

  2.3 PWM中断处理程序设计

  采用定时器周期中断标志启动A/D转换,当T1下溢时启动A/D转换,所检测的电流经处理后接模/数转换器的ADCIN00引脚,当转换完成后,中断标志位都被设置为1,则在A/D中断服务程序中将转换结果读出,完成1次A/D采样。转换结束后申请PWM中断,PWM中断完成主要的控制功能,流程图如图4 所示。由于电机控制系统的机械时间常数远大于系统的电气时间常数,系统的速度环控制周期可比电流环控制周期大。该系统在每个PWM周期中都进行一次电流采样和PI调节,因此电流采样周期与PWM周期相同,可以实现实时控制,而速度环控制周期选为每100个PWM周期,对速度进行1次调节。在每个电流控制周期,被QEP单元计数的脉冲数被累加到变量speedcount中,变量speedflag从初始值speedstep(100)开始减1直到等于0,此时读取100个电流控制周期(1个速度控制周期)的总脉冲数进行速度计算,并将speedcount清零,将变量speedflag赋初始值,开始下一次速度脉冲计数。

  2.4 电流PI调节器程序设计

  式(1)给出的调节器为连续传递函数,为了便于计算机的实现,使用防积分饱和的PI调节器,其算法改进为:

  算法改进
??
式中:KI=KP/τ;KC=KI/KP=T/τ,根据防饱和的PI调节器算法确定系统流程图如图5所示。

系统流程图


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电池车? 电机控制? DSP? 自适应控制?

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