新能源汽车电机设计及弱磁控制

在所设计的硬件平台的基础上，完成了控制系统软件设计。根据前面几章对控制框图和控制算法的描述，控制系统主要实现以下功能：电机位置的检测和转速的计算；电流的A-D采样和处理；速度外环、电流内环控制算法的实现；SVPWM控制信号的产生。实验系统的软件主要包括主程序、CPA3捕获中断程序、T1下溢中断处理程序以及故障保护中断程序四个部分。

1）主程序主要完成系统和各功能模块的初始化，在整个程序执行期间仅执行一次。初始化完成后程序进入循环等待，直到有请求时，响应并执行相应的中断服务子程序，中断完成后继续等待。主程序流程图如图6-43所示，其中系统初始化模块包括所有变量的定义、寄存器参数设置、中断向量表初始化、I/O初始化、定时器设置、事件管理器初始化和A-D初始化等。

2）CAP3捕获中断程序等待直到光电编码器的Z脉冲上升沿出现时，立即执行中断。电机每转一圈，将产生一个Z脉冲，就会进行一次捕获中断处理，并会对电机的零位置角进行更新。捕获中断程序流程图如图6-44所示。

图6-43 主程序流程图

图6-44 CAP3捕获中断流程图

3）T1下溢中断处理程序是整个控制系统功能实现的核心程序，在每个PWM周期都要执行一次。在程序编写时设定速度环的周期是电流环的10倍，即每经过10个PWM周期进行一次速度环的调节。判断系统是否进入闭环的控制，是因为电机起动时，转子的位置是未知的，即不能得到坐标变换需要的转子位置角。于是在开环状态下对电机进行霍尔起动，当电机转动一周后利用光电编码器的零位校正信号即Z脉冲信号便可得到精确的转子位置，进入闭环控制。其程序流程图如图6-45所示。

图6-45 T1下溢中断处理程序流程图

4）故障保护中断程序主要包括过电压引起的过电压保护，过电流引起的过电流保护，欠电压引起的欠电压保护以及对IPM的过热保护。故障发生时，该中断程序可以切断PWM脉冲输出，停止系统工作，进行保护。图6-46所示为该程序流程图。(www.xing528.com)

图6-46 故障保护中断程序流程图

整体软件程序流程图如图6-47和图6-48所示。其中，图6-47所示为控制系统初始化和系统整体控制流程；图6-48所示为永磁同步电机调速控制及相应控制

图6-47 控制系统的整体程序流程

图6-48 内置式永磁电机控制算法流程

算法流程，其中包括电流矢量给定算法、解耦算法和SVPWM算法。

系统调节器均采用软件实现的数字调节器，不但可以减少系统硬件体积和成本而且精度高、易于调节。系统软件主要采用C语言编写，必要的地方穿插汇编语言和引用TI公司提供的汇编语言函数，从而提高软件的执行效率。逆变器开关频率选为12kHz，即电流环调节频率为12kHz。由于转子惯性的作用，转速环节的变化要远远小于电流环节，因此，转速环节调节频率取电流环调节频率的1/10。因为本设计中电流环节调节频率为12kHz，因此转速环节采用1.2kHz调节频率进行调节。