混合動力汽車用復合結構永磁同步電機控制系統硬件設計
劉 勇，佟誠德，隋義，閆海媛
（哈爾濱工業大學哈爾濱150001)
摘要：介紹了復合結構永磁同步電機混合動力系統的基本結構。針對其雙轉子結構和混合動力汽車背景，由一片dsp同時控制定子電機和雙轉子電機，由arm負責通訊，最終完成了控制系統驅動、控制和通訊三大功能模塊設計，為實現高效四象限能量變換提供了硬件平臺。
關鍵詞：混合動力汽車；復合結構永磁同步電機；電機控制系統
中圖分類號：tm341; tm351 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848f 2010）07-0044-03
o引 言
由于日益嚴峻的能源危機和環境污染問題，汽車向著清沽、環保、低油耗、低排放的方向發展，作為理想的零排放或低排放車輛，純電動汽車(ev)、混合動力汽車(hev)和燃料電池汽車(fcv)已引起全世界的高度關注。純電動汽車受行駛里程限制，暫時難以普及；燃料電池汽車具有效率高、低排放、低噪聲等優點，但其技術還不成熟、制造成本高，在一段時期內還難以產業化；混合動力電動汽車作為新老技術結合的產物在近階段最被看好，配合先進的控制系統，可以較小的投資大幅提高燃油利用率，減少尾氣排放，混合動力技術也是未來車輛發展的共性關鍵技術。
復合結構永磁同步電機cs-pmsm由定子電機(sm)和雙轉子電機(drm)復合而成，是用于混聯型混合動力系統的電氣功率分配裝置，與目前國際混合動力車領域最成功的日本豐田普瑞斯混合動力電動車具有相似的工作原理，其功能相當于善瑞斯中的行星齒輪、發電機和電動機，由于采用了高度集成的結構配置，結構上簡單緊湊，控制也更加靈活，是當前國際混合動力車領域的研究熱點之一。
復合結構永磁同步電機中定子電機和雙轉子電機間的電磁耦合非常小，相當于兩臺獨立的電機，但雙轉子電機具有兩個轉子，位置檢測時需要根據內外轉子****位置計算出磁極與定子的相對位置，因而需要設計控制器以實現定子電機和雙轉子電機的協調控制。
1控制系統結構
由復合結構永磁同步電機系統構成的混合動力系統如圖1所示，雙轉子電機傳遞內燃機轉矩，定子電機則根據負載轉矩需求進行轉矩補償，通過控制該電機的運行可以使內燃機在高效率轉速一轉矩曲線上運行。在以內燃機運行點為原點的轉速一轉矩坐標系中，復合結構永磁同步電機可以運行在四象限中，因而也被稱為四象限能量變換器[4-5]。
控制系統主要包括3部分：驅動模塊、控制模塊和通訊模塊，如圖2所示。兩個驅動模塊共用直流母線，分別用來驅動定子電機和雙轉子電機，由功率開關器件及其驅動、保護、電流反饋等部分組成；控制模塊以dsp為核心，主要實現定子電機和雙轉子電機的控制算法，通過pwm信號控制驅動模塊，同時將驅動模塊的錯誤信號傳送至通訊模塊；為節省dsp資源，通訊模塊負責控制器與外界的所有的信息傳輸，包括can總線、rs485、rs232通訊及鍵盤輸入、液晶顯示等功能。模塊化的設計思想使系統結構清晰，方便設計調試，同時也提高了系坑可靠性。
2驅動模塊
驅動模塊設計額定功率為10 kw，其主回路拓撲結構如圖3所示。由蓄電池為直流母線供電，母線中串聯限流電阻，電容充電完成后通過接觸器將其切除，可減小直流側上電時大電流對電源的沖擊。當直流母線電壓過高時，多余的能量通過制動回路泄放。電機三相和直流母線電流經lem模塊檢測，調理輸出供過流保護和控制模塊電流反饋使用。
驅動模塊原理如圖4所示。三相半橋選用6管igbt模塊fs100r12krl3．每個igbt耐壓600 v，額定電流為i00 a，復合結構永磁同步電機樣機的雙轉子電機和定子電機的額定功率均為10 kw，尚有很大余量。igbt驅動使用6管igbt/mosfet驅動模塊6sd106e |
