基于DSP的电动汽车再生制动模糊PI控制系统研究

刘龙江
陕西国防工业职业技术学院 西安交通大学机械工程学院
张政
西安交通大学机械工程学院

【摘要】针对TI公司生产的TMS320LF2407型DSP，应用脉宽调制PWN控制技术，设计了电动汽车再生制动模糊PI控制器。首先对电动汽车控制系统主电路进行了设计，并以TMS320LF2407A型DSP为核心，进行了DSP的外围电路和功率管驱动电路设计，在硬件电路的基础上，进行DSP内部的软件编程，使各模块的功能得以实现，完成从信号采集到向功率器件输出PWN信号的全部任务。最后，在设计的再生制动控制器上进行了模糊PI算法控制效果监测，结果表明模糊PI控制在抗干扰能力方面优于PI控制，证明了所设计控制器的正确性和合理性。由于软硬件采用了模块化设计，通用性好、灵活性强，可作为开发平台，应用于多种电机控制器的研制。

关键词：电动汽车；再生制动；模糊PI控制；DSP控制器

再生制动是指将车辆的动能依靠电机的发电机储存在电动车的储能装置中重新加以回收利用。再生制动在电动车的能量回收中占有突出的地位，在电动车的能量管理系统中，要求能尽可能多地利用再生制动回馈的能量。通常多采用向蓄电池充电来吸收再生制动回馈的能量，其缺点是蓄电池难以实现短时间大功率充电且充放电循环次数有限，成本高。在再生制动试验研究中，需要对电机进行控制，随着电动汽车技术的不断发展，对电机控制系统设计要求也越来越高，既要考虑成本低廉、开发周期短，又需兼顾控制算法合理，控制性能好。笔者设计了一种基于DSP的再生制动控制器，在图1所示的电动汽车控制系统实验平台上可方便进行各种控制算法的验证。整个系统按照各部分的功能分为DS主控单元、驱动与隔离电路、电机主控制回路、电机本体、电流检测电路以及转子位置检测电路。

文中所设计的电动汽车再生制动控制器由主电路和控制电路两部分组成，主电路由电力电子功率开关器件组成，起能量变换作用。控制电路由主控制器及其外围电路器件构成，主要是通过判断电动车的加减速状态，控制主电路中的功率开关器

⑴ DSP外围电路

参考TI公司提供的相关技术资料设计，设计所需的外围电路。

⑵ 信号调理电路

① 单向信号调理电路，如图4所示。

② 双向信号调理电路，如图5所示。

2.2 驱动系统设计

主回路中使用到西门子公司的FZ600R12KS4（600A/1200V）型大功率IGBT。对于该类型功率管的驱动和保护需要进行完整设计。这里选择了专为IGBT设计的电力电子驱动器——SCALE（2SD315A）集成驱动电路。SCALE驱动板外围电路如图6所示。

在应用SCALE做驱动器时，需要考虑如下4个问题。

⑴ 工作方式的选择。2SD315A 有两种工作模式：直接模式、半桥模式。这里将驱动板设置为直接工作模式。即在SCALE驱动板的外围电路设计中使MOD引脚连至VCC。