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轮毂驱动电动汽车分布式控制系统的设计与实现
| 论文题名： | 轮毂驱动电动汽车分布式控制系统的设计与实现 |
| 关键词： | 电动汽车;轮毂电驱动;FlexRay网络;滑模控制;分布式控制系统 |
| 摘要： | 在人们对汽车环保性和经济性要求越来越高的今天,具有新技术、新结构的电动汽车已经成为汽车行业发展的必然趋势。轮毂驱动电动汽车利用电机直接驱动车轮,改变了汽车动力总成系统的结构,是电动汽车发展的前沿技术方向。轮毂驱动电动汽车在轮毂电机技术和分布式驱动控制方面存在大量的挑战性问题。 本课题面向应用,不考虑轮毂电机的设计问题,只专注于轮毂电驱动系统分布式控制的实现,这样本文主要解决两个问题:轮毂电驱动系统总线技术以及轮毂电驱动系统电机驱动技术研究。由于轮毂电驱动系统对通信的传输速率和容错性提出了较高要求,传统的CAN网络(ControllerAreaNetwork)难以满足,所以本文采用传输速率更高的FlexRay总线作为系统的通信网络。 通过分析FlexRay总线协议可知,物理层是硬件设计的基础,链路层、网络层是网络通信的基础。为实现FlexRay网络的通信,本文对FlexRay总线的物理层和网络层进行了详细的设计,实现了节点的唤醒和启动,最终实现节点间的数据收发及网络构建。并在此基础上,根据轮毂电驱动系统的需求,对FlexRay总线的应用层进行开发。通过分析FlexRay总线主从节点的功能,设计了用于电机控制的节点间传递的信息。为了提高FlexRay总线动态性能,本文通过构建系统矩阵及优化对应用层信息进行调度设计,得到了静态调度表。为了验证FlexRay网络通信,本文首先对其总线物理层以及数据帧进行测试,结果表明物理层和网络层的设计满足FlexRay总线的要求;之后,采用总线型的网络拓扑结构以及主从式的通信方式对转向电机进行控制,结果表明可以通过FlexRay总线实时的进行永磁同步电机控制。 在本文讨论的轮毂电驱动分布式控制系统中,由于永磁同步电机的优异特性,本文选择其作为轮毂电机。但是永磁同步电机模型复杂,所以在本文首先进行了 模型简化,在转子坐标系下建立了模型,并采用id?0的矢量控制方法来控制电机。考虑到系统可能受到的干扰,本文通过设计滑模的切换函数和滑模控制律实现了滑模控制器的设计。在基于滑模变结构的永磁同步电机控制基础上,本文简化了轮毂电驱动系统的结构,讨论了两个轮毂电机的转速同步问题。采用主从式的同步控制策略,在Matlab/Simulink下进行仿真,并据此搭建了轮毂电驱动分布式控制系统的实验平台,通过实验验证了滑模控制的可行性以及仿真结果的正确性。 |
| 作者： | 姜添朔 |
| 专业： | 控制科学与工程 |
| 导师： | 刘志远 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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