基于TC1782的永磁同步电机控制系统

4所示。它采用了功能划分和模块化的设计思想，并根据功能需求分离成不同的功能模块。主控制器的主要接口技术参数为:1)14路模拟量输人通道(12比特);2)6路PWM输出(带电平转换);3)2路CAN通讯接口(支持标定和系统通讯);4)可配置并行或串行通讯的旋变接口电路(AD2S1210);5)数字量输入(故障检测与诊断等);6)数字量输出(急停控制与主继电器控制等);7)电源系统。

PMSM电机控制系统要求具有较高的安全等级，驱动器对主控制器的故障响应时间有着严格的要求，因此主控制器采用了符合ISO26262功能安全规范的监控芯片CIC61508设计监控电路。CIC61508具有可配置的电压监控输入，可配置的主CPU任务执行时间和可配置的故障响应时间及输出，可以实时监控主CPU的供电和软件的运行状况，按照预先配置好的故障响应输出控制其他IC的使能与复位引脚，从而实现系统的功能安全要求。

2.2.3 软件设计

PMSM电机的控制系统方案主要以磁场定向控制FOC为主(图5), 另外为达到最佳控制效果, 常常几种控制方案结合运用, 如采用最大转矩控制和弱磁控制原理(图6)以实现电机的效率最优和宽范围的调速方案, 集转矩控制和PWM 控制于一身的控制方案等[3]

图5和图6中的PMSM电机控制系统方案中表明TC1782除了要完成和FOC相关的计算，如Clark，Park，i-Park和SVM[4]计算外，还需要对系统的一些信号进行采集，如相电流，母线电压，电机位置和转速等。另外考虑到主控制器参与系统通讯，以及功能安全上的要求，这些都将对单核CPU的负载是一个严峻的挑战。基于以上因素，按照主控制器的功能要求，将主控制器的软件开发模块化，分配给TC1782的主CPU和外设协处理器PCP，从而形成如图7所示的软件流程结构框架。

图7所示的软件系统架构中，主CPU在一个小型任务调度器的基础上，分别调用了英飞凌安全功能软件SafeTcore和PMSM电机控制相关算法软件，SafeTcore在CPU运行时循环检测系统的故障，测试项目可以依照要求进行配置，所运行的PMSM电机控制算法采用图5和图6中所示的控制策略进行。外设协处理器PCP除了运行安全功能软件SafeTcore软件监控主CPU的运行外，还可以处理和通讯相关的中断和信号采样中断等，从而降低主CPU的中断负载。

3.1 软件的旋变解码

如前所述，PMSM电机的位置和转速信息在电机控制中相当重要，旋变接口电路为获取这些信息提供了硬件解决方案。从ISO26262汽车功能安全规范要求的控制系统冗余性来看，需要提供第二种途径获取电机位置和转速信息，从而验证硬件解决方案获取的信息是否正确，提高系统的安全性，现有的欧洲电动车电机控制系统常常使用软件的旋变解码作为硬件解码方案的备份。TC1782的高速FADC接口为这种方法提供了硬件基础，具体思路见图8所示：

上图所示的FIR变换及其后面的模块功能都是由软件来完成，CPU计算速度对PMSM这样的实时控制系统而言非常关键。多次测试发现，基于上述软件解码流程生成的TC1782软件代码在效率上可以达到5微妙的计算速度，效率上能够可以满足系统的应用要求。

3 测试验证

PMSM电机控制系统的测试在AVL的电机试验台上进行，其实物及系统架构如图9所示。母线电压和输入功率显示在Yokogawa的WT3000功率分析仪测试，电流传感器检测U相和V相电流，另外WT3000功率分析仪通过扭矩传感器和转速计测试PMSM电机的输出扭矩和转速。

图10所示为母线电压230伏、不同电源输出功率下的相电流和电流频率值，左图为26千瓦下相电流有效值为235安，频率为100.75赫兹，右图为51千瓦下相电流有效值为270安，频率为164.8赫兹。

4 结束语

电动汽车电机控制系统是电动汽车的核心部件，本文针对用于PMSM电机控制系统的主控制器进行了如下的设计与研发工作:

1) 根据电动汽车动力系统的控制需求，提出了电机主控制器的设计原则及功能划分，在此基础上确定了基于TC1782的主控制器的硬件结构及接口。

2) 参照ISO26262安全功能规范，在TC1782和CIC61508功能安全监控芯片为硬件基础上，集成SafeTcore功能安全软件包。

3) 试验表明，该主控制器能够很好的适应电动汽车的应用环境，到达了对整车动力系统进行有效的控制与管理的设计目的。

参考文献：

[1] 易将能,韩力.电动车驱动电机及其控制技术综述.微特电机，第36-38页，2001年第四期
　　[2] 程飞,过学讯.电动汽车用电机及其控制技术研究.防爆电机，第41卷，2006年第五期
　　[3] 游琳娟,吴汉光,雷德森.电动车电机及其控制技术的发展.中小型电机,2001，28(1)：35-38
　　[4] 刘文良,张国政.永磁同步电机单位功率因数控制.微电机，第45卷，2012年第2期