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原文传递车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统设计与开发

论文题名：	车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统设计与开发
关键词：	车用永磁同步电机;控制器;硬件在环测试系统;电机模型
摘要：	推广新能源汽车是解决能源匮乏与环境污染问题的有效手段，电机控制器作为新能源汽车电机驱动系统的核心部件，其性能不仅决定着整车的驱动性能，而且还会影响到车辆驾驶得安全性和可靠性，因此对电机控制器的测试是电驱系统开发中的重要环节。传统的基于台架测试的方法成本高、无法进行自动化测试，且对特殊故障工况的测试存在危险性。硬件在环测试作为一种基于模型的先进测试方法，已被广泛应用于汽车控制器的开发环节。由于电机控制器工作基于高频电力电子开关动作，所以输入输出信号频率显著高于其他常见汽车控制器，其硬件在环系统的软硬件开发也相对困难，目前主要被dsPACE，OPAL-RT等国外公司所垄断。在以上背景下，本文基于Vector公司的VTsystem通用硬件平台，设计开发了一套车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统，通过完全自主的软件模型设计，为车用电机硬件在环测试提供了一套低成本合理有效的硬件在环系统方案。　　基于对当下电动汽车电机控制器测试需求的分析，完成了对硬件在环测试系统整体方案的设计，并搭建了硬件在环测试平台。　　本文利用dsPACE的快速控制原型工具完成了永磁同步电机控制器的初步开发，所开发电机控制器功能包括：控制器工作模式的切换、CAN总线通讯功能、转矩闭环控制算法、空间矢量调制算法以及故障诊断算法。对于逆变器开路故障的诊断算法是基于对电流矢量瞬时频率的分析来实现的；通过坐标变化法完成对电流传感器故障的诊断，并实现了对故障相电流的重构；以及通过设定合理阈值来诊断母线电压故障以及CAN通讯故障。　　本文中测试在环系统的模型开发涵盖了电机驱动系统中关键的执行器与传感器。对于逆变器模型的开发，本文分析了寄生电容对逆变器端电压输出的影响，搭建了含有死区特性逆变器模型。在永磁同步电机的模型应用中，分析了不同FPGA运算频率对模型误差的影响，在误差相差极小的前提下为了提升系统稳定性选择了较低的基频。本文中实现的传感器模型包括霍尔电流传感器与旋转变压器，传感器信号将通过VT板卡的I/O端口输出到被测控制器。为满足控制器开发对故障诊断算法的测试需求，本文还搭建了不同类型的故障注入模型，通过分析常见电流传感器失效形式，构造了电流传感器断线、增益、偏移故障注入模型；基于对逆变器开路故障的机理分析，通过重构电机的电压与电流来实现故障注入。　　使用电机控制器的快速控制原型与硬件在环测试系统进行联合仿真测试，通过硬件在环系统对被测电机控制器功能进行逐一测试。借助上位机软件Controldesk与CANoe记录测试结果并进行分析。根据对测试结果的分析，认为本文所开发的车用永磁同步电机控制器硬件在环测试系统可满足控制器的开发需求。
作者：	苏建华
专业：	动力工程与工程热物理
导师：	袁新枚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022