項目名稱：20kW微型電動汽車電機控制系統

項目介紹：
英飛凌汽車電子亞太區產業化合作伙伴自主研發項目。本項目開發的微型電動汽車電機控制系統實現了對微型電動汽車提供動力的功能，也可以對于混合動力的電機驅動系統進行控制。控制研究對象為20kW等級的三相永磁同步電機。在控制器方面，采用英飛凌的TriCore系列32-bit單片機TC1782進行電機控制算法的設計，采用FOC-SVPWM算法實現電機動態控制，同時加入電機容錯控制算法。在執行機構方面，采用的先進的集成IGBT模塊HybridPACKTM2或EconoPACKTM4或者EconoDualTM3，利用英飛凌的高壓隔離驅動EiceDRIVERTM，對逆變器進行過流、過壓、過溫、驅動欠壓保護等。控制系統采用電流傳感器以及正交增量編碼器獲得電機的電流信號以及位置速度信號進行閉環反饋。通信方面，采用CAN總線進行數據與指令的收發采集。調試時采用串口連接上位機，與主控芯片進行通信及控制。
在機械工藝設計方面，對主回路進行合理布局，利用合理的布線降低母線電感，采用水冷卻方式和有效的散熱設計，保證了設計的緊湊性，達到減小體積、減輕重量、提高功率密度的目標。真正地實現了體積小、重量輕、效率高、智能化的特點，均符合了現今電動汽車對車用電機驅動系統要求。圖一為系統框圖。

圖一 電機控制系統結構圖

該系統的創新點在于加入了電機的容錯控制算法以及可以利用該系統進行電機的參數辨識測試。容錯控制主要采用解析冗余控制，在正常工作模式下采用正常的FOC控制，該方式可以滿足全速度區間高性能的工作，但是需要位置與電流傳感器。在位置傳感器失效時，切換到無速度傳感器控制模式下工作，可以在中低速區間獲得較高性能。在高速或者極低速區間，采用標量控制的轉差頻率控制，控制電流的幅值，犧牲一定的電機性能。當電流傳感器也失效時，控制器切換為最基本的VVVF控制。頂層的控制器切換策略采用柔性的自組織控制器，保證在任意失效下都可以獲得最大的性能。其中引入了失效檢測以及分層的優先級順序，通過得到的不同的失效狀況決定策略的切換，可以獲得平滑的過渡。同時采用對于傳感器信號的統計值進行失效檢測。并用數字電流滯環比較的方法實現了對于電流環的控制。當系統的相電流傳感器失效時，對于三相電流的估計，主流方法是通過母線電流傳感器以及開關狀態來對三相電流進行重構，該方法的實時性和準確性較高。

圖二 容錯控制策略及算法

同時為了對電機進行性能測試以及精確建模，需要對于電機參數進行辨識。利用CAN總線進行命令的收發以及數據的采集傳送，采用辨識算法對于電機的電感、電阻、磁鏈進行參數的辨識。
整個開發流程利用MATLABTM對于電機控制算法進行仿真驗證，利用Embedded CoderTM自動生成控制算法代碼，再與DaveTM自動生成的TriCore底層驅動代碼進行集成，自動代碼技術大大縮小了開發流程，減少了手工代碼工作量，方便不同平臺之間的移植。

性能指標：

該項目使用的INFINEON的物料清單：