混合动力汽车用复合结构永磁同步电机控制系统硬件设计
刘 勇，佟诚德，隋义，闫海媛
（哈尔滨工业大学哈尔滨150001)
摘要：介绍了复合结构永磁同步电机混合动力系统的基本结构。针对其双转子结构和混合动力汽车背景，由一片dsp同时控制定子电机和双转子电机，由arm负责通讯，最终完成了控制系统驱动、控制和通讯三大功能模块设计，为实现高效四象限能量变换提供了硬件平台。
关键词：混合动力汽车；复合结构永磁同步电机；电机控制系统
中图分类号：tm341; tm351 文献标志码：a 文章编号：1001-6848f 2010）07-0044-03
o引 言
由于日益严峻的能源危机和环境污染问题，汽车向着清沽、环保、低油耗、低排放的方向发展，作为理想的零排放或低排放车辆，纯电动汽车(ev)、混合动力汽车(hev)和燃料电池汽车(fcv)已引起全世界的高度关注。纯电动汽车受行驶里程限制，暂时难以普及；燃料电池汽车具有效率高、低排放、低噪声等优点，但其技术还不成熟、制造成本高，在一段时期内还难以产业化；混合动力电动汽车作为新老技术结合的产物在近阶段最被看好，配合先进的控制系统，可以较小的投资大幅提高燃油利用率，减少尾气排放，混合动力技术也是未来车辆发展的共性关键技术。
复合结构永磁同步电机cs-pmsm由定子电机(sm)和双转子电机(drm)复合而成，是用于混联型混合动力系统的电气功率分配装置，与目前国际混合动力车领域最成功的日本丰田普瑞斯混合动力电动车具有相似的工作原理，其功能相当于善瑞斯中的行星齿轮、发电机和电动机，由于采用了高度集成的结构配置，结构上简单紧凑，控制也更加灵活，是当前国际混合动力车领域的研究热点之一。
复合结构永磁同步电机中定子电机和双转子电机间的电磁耦合非常小，相当于两台独立的电机，但双转子电机具有两个转子，位置检测时需要根据内外转子****位置计算出磁极与定子的相对位置，因而需要设计控制器以实现定子电机和双转子电机的协调控制。
1控制系统结构
由复合结构永磁同步电机系统构成的混合动力系统如图1所示，双转子电机传递内燃机转矩，定子电机则根据负载转矩需求进行转矩补偿，通过控制该电机的运行可以使内燃机在高效率转速一转矩曲线上运行。在以内燃机运行点为原点的转速一转矩坐标系中，复合结构永磁同步电机可以运行在四象限中，因而也被称为四象限能量变换器[4-5]。
控制系统主要包括3部分：驱动模块、控制模块和通讯模块，如图2所示。两个驱动模块共用直流母线，分别用来驱动定子电机和双转子电机，由功率开关器件及其驱动、保护、电流反馈等部分组成；控制模块以dsp为核心，主要实现定子电机和双转子电机的控制算法，通过pwm信号控制驱动模块，同时将驱动模块的错误信号传送至通讯模块；为节省dsp资源，通讯模块负责控制器与外界的所有的信息传输，包括can总线、rs485、rs232通讯及键盘输入、液晶显示等功能。模块化的设计思想使系统结构清晰，方便设计调试，同时也提高了系坑可靠性。
2驱动模块
驱动模块设计额定功率为10 kw，其主回路拓扑结构如图3所示。由蓄电池为直流母线供电，母线中串联限流电阻，电容充电完成后通过接触器将其切除，可减小直流侧上电时大电流对电源的冲击。当直流母线电压过高时，多余的能量通过制动回路泄放。电机三相和直流母线电流经lem模块检测，调理输出供过流保护和控制模块电流反馈使用。
驱动模块原理如图4所示。三相半桥选用6管igbt模块fs100r12krl3．每个igbt耐压600 v，额定电流为i00 a，复合结构永磁同步电机样机的双转子电机和定子电机的额定功率均为10 kw，尚有很大余量。igbt驱动使用6管igbt/mosfet驱动模块6sd106e |
