基于LabVIEW的电动汽车驱动系统测试平台的控制
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摘要
电动汽车驱动系统的测试平台的课题来源于北方工业大学电动汽车实验室专项试验,包括平台硬件搭建和测控软件开发两部分。本课题的目的是对电动机及控制器进行控制、电动汽车的工况模拟和测试,为动力系统参数匹配和控制策略优化建立柔性的控制和测试平台。
传统的电机测试平台不是针对电动汽车驱动电机设计的,不能满足测试平台模拟电动汽车运行工况的试验要求,因此,开发专门的电动汽车驱动系统测试平台势在必行。本课题根据电动汽车驱动系统的特点,搭建了结合CAN总线技术和虚拟仪器技术的测试系统的平台,依靠计算机的强大数据处理能力,实现了整个测试平台的控制、通信、测试和工况模拟功能。
测试平台包括测功机及控制器系统、被测电机及控制器系统、转速转矩传感器、功率分析仪和计算机测控系统及其他部分。论文设计了测试平台的通信系统和测量系统,并采用模块化方法,使用LabVIEW编写测试平台监控测试软件,主要模块包括数据采集和通信模块、控制模块、测试模块和数据管理模块,详细设计了模块功能。然后用matlab/simulink对测试平台驱动部分的重要部件,包括测功机及控制器系统、被测电机及控制器系统、转速转矩传感器、功率分析仪进行半实物仿真,并结合当前国内外几种重要的工况循环试验标准,以美国的SAEJ227a试验循环模拟了在5工况下的电动机的转速和转矩值,为电动汽车的合理设计提供了有力的支持。
电动汽车驱动系统测试平台的设计,为电动汽车驱动系统的控制、性能测试以及模拟电动汽车的运行工况提供了可靠的平台,为高性能电动汽车的开发提供了条件,对电动汽车研发工作具有积极的意义。
The project of developing a test bench for the system of motor drive on Electric Vehicle (EV) comes from the lab of EV in North China University of Technology, including the design of hardware and software. The aim of this project is to control and test the electromotor of the motor drive system and simulate the drive cycle of EV, set up a software controlling and testing bench for the parameter match and the control strategy optimize in dynamical system.
Traditional motor test bench is not satisfied with the requirement of the system of motor drive on EV. So the EV test bench project is imperative under the situation. We make the test depending on the feature of the system of drive on EV, and found the test bench combining CAN bus with the technology of virtual instrument. Meanwhile, with the help of powerful ability of the computer in data process, realizing the communication, controlling, testing and the simulation of the drive cycle of EV.
The test bench includes the dynamometer and control, the motor of being tested and control, the sensor of rotate speed and torque, the apparatus of analysis power as well as other parts. The system of communication and measurement is designed, and software is written by Lab VIEW through the design of module, the important modules which are particularly designed are collecting data and communication, control, test and the management of data. Then, simulate the important half-material parts by matlab/simulink, such as, the system of dynamometer and controller, the system of motor and controller, the sensor of rotate speed and torque, the apparatus of analysis power, and combine with the worldwide important drive cycle standard in modern times, as a example of SAE J227a in USA, analyze the rotate speed and torque in 5 drive cycle, for the logical design of EV establish the basis of theory.
The design of test bench for the system of motor drive on EV, provides a reliable platform for EV in controlling and performance testing of the motor drive system and the simulation of drive cycle. This bench provides condition for developing high performance EV, and has a positive significance to EV development.
传统的电机测试平台不是针对电动汽车驱动电机设计的,不能满足测试平台模拟电动汽车运行工况的试验要求,因此,开发专门的电动汽车驱动系统测试平台势在必行。本课题根据电动汽车驱动系统的特点,搭建了结合CAN总线技术和虚拟仪器技术的测试系统的平台,依靠计算机的强大数据处理能力,实现了整个测试平台的控制、通信、测试和工况模拟功能。
测试平台包括测功机及控制器系统、被测电机及控制器系统、转速转矩传感器、功率分析仪和计算机测控系统及其他部分。论文设计了测试平台的通信系统和测量系统,并采用模块化方法,使用LabVIEW编写测试平台监控测试软件,主要模块包括数据采集和通信模块、控制模块、测试模块和数据管理模块,详细设计了模块功能。然后用matlab/simulink对测试平台驱动部分的重要部件,包括测功机及控制器系统、被测电机及控制器系统、转速转矩传感器、功率分析仪进行半实物仿真,并结合当前国内外几种重要的工况循环试验标准,以美国的SAEJ227a试验循环模拟了在5工况下的电动机的转速和转矩值,为电动汽车的合理设计提供了有力的支持。
电动汽车驱动系统测试平台的设计,为电动汽车驱动系统的控制、性能测试以及模拟电动汽车的运行工况提供了可靠的平台,为高性能电动汽车的开发提供了条件,对电动汽车研发工作具有积极的意义。
The project of developing a test bench for the system of motor drive on Electric Vehicle (EV) comes from the lab of EV in North China University of Technology, including the design of hardware and software. The aim of this project is to control and test the electromotor of the motor drive system and simulate the drive cycle of EV, set up a software controlling and testing bench for the parameter match and the control strategy optimize in dynamical system.
Traditional motor test bench is not satisfied with the requirement of the system of motor drive on EV. So the EV test bench project is imperative under the situation. We make the test depending on the feature of the system of drive on EV, and found the test bench combining CAN bus with the technology of virtual instrument. Meanwhile, with the help of powerful ability of the computer in data process, realizing the communication, controlling, testing and the simulation of the drive cycle of EV.
The test bench includes the dynamometer and control, the motor of being tested and control, the sensor of rotate speed and torque, the apparatus of analysis power as well as other parts. The system of communication and measurement is designed, and software is written by Lab VIEW through the design of module, the important modules which are particularly designed are collecting data and communication, control, test and the management of data. Then, simulate the important half-material parts by matlab/simulink, such as, the system of dynamometer and controller, the system of motor and controller, the sensor of rotate speed and torque, the apparatus of analysis power, and combine with the worldwide important drive cycle standard in modern times, as a example of SAE J227a in USA, analyze the rotate speed and torque in 5 drive cycle, for the logical design of EV establish the basis of theory.
The design of test bench for the system of motor drive on EV, provides a reliable platform for EV in controlling and performance testing of the motor drive system and the simulation of drive cycle. This bench provides condition for developing high performance EV, and has a positive significance to EV development.
引文
[1]陈清泉,孙逢春.混合电动车辆基础.北京：北京理工大学出版社,2001.11～15
[2]胡骅,宋慧.电动汽车(第二版).北京：人民交通出版社,2006.16～21
[3]李兴虎.电动汽车概论.北京：北京理工大学出版社,2005.5～21
[4]胡崇岳.异步电动机的控制.北京：机械工业出版社,2005
[5]余志生.汽车理论(第3版).北京：机械工业出版社,2004
[6]王庆利.电动汽车电机及驱动系统测试平台的设计和应用软件的开发：[硕士学位论文].天津：天津大学电气与自动化工程学院,2005
[7]马宪民.电动汽车的驱动系统.西安公路交通大学学报,2001,21(3)：83～86
[8]李炯,张承宁,宋强,王志福.基于CAN总线的电动汽车电机驱动系统测试平台开发.测试技术与检测设备,2006：55～58
[9]孙善辉.电动汽车电机驱动特性评价试验台架的设计与开发：[硕士学位论文].天津：天津大学电气与自动化工程学院,2005
[10]陈晓明.电动汽车试验台测控系统研究与开发：[硕士学位论文].西安：长安大学交通信息学院,2006
[11]金晓红.基于虚拟仪器的汽车ABS检测试验台测控系统研究：[硕士学位论文].长春：吉林大学车辆工程学院,2006
[12]王克峰.基于虚拟仪器的混合动力电动车车载数据采集分析系统的研制：[硕士学位论文].武汉：武汉理工大学计算机学院,2006
[13]童兵,卢青春.虚拟仪器技术在发动机台架试验测量控制系统中的应用.公路交通科技,2000,17(1)：9～11
[14]易圣.电动汽车的驱动系统测试平台的设计：[硕士学位论文].北京：北方工业大学机电工程学院,2009
[15]邬宽明.现场总线技术应用选编3.北京：北京航空航天大学出版社,2008.15～20
[16]史久根,张培仁,陈真勇.CAN现场总线系统设计技术.北京：国防工业出版社,2004.30～50
[17]杜尚丰,曹晓钟,徐津.CAN总线测控技术及其应用.北京：电子工业出版社,2007
[18]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术.北京：北京航空航天大学出版社,2003.6
[19]周立功单片机公司CAN-bus通用测试软件及接口函数库使用手册
[20]周立功单片机公司.在LabVIEW下使用ZLGCAN接口函数库
[21]万沛林.电动汽车关键技术.北京：北京理工大学出版社,1998
[22]杨乐平,李海涛,赵勇,杨磊Lab VIEW高级程序设计.北京：清华大学出版社,2003
[23]雷振山,赵晨光,魏丽,郭涛LabVIEW8.2基础教程.北京：中国铁道出版社,2008
[24]雷振山,魏丽,赵晨光,汤小娇Lab VIEW高级编程与虚拟仪器工程应用.北京：中国铁道出版社,2009
[25]C.C.Chan. The State of the Art of Electric and Hybrid Vehicles. Proceeding of IEEE, 2002,90(2):247～275
[26]Eiji Yamada, Yasutomo Kawabata. Development of test system for motor of hybrid electrical vehicle. JSAE Review,1997(18):393～399
[27]詹琼华,马志源,郭伟.电动汽车用20kW开关磁阻电动机的设计与试验研究.电机与控制学报,1999,3(3)：161～165
[28]常思勤.汽车动力装置.北京：机械工业出版社,2006
[29]SAE,SAE J1939.Recommended Practice for Control and Communications Network.USA:SAE,2000.04
[30]SAE,SAE J1939-21. DATA LINK LAYER.USA:SAE,1994.
[31]SAE,SAE J1939-71. Vehicle Application Layer-J1939-71(through 1999).USA:SAE,1994.08
[32]葛林.CAN通信网络在汽车中的应用研究.汽车技术,2000,1
[33]胡崇岳.异步电动机的控制.北京：机械工业出版社,2005
[34]詹琼华.开关磁阻电动机.武汉：华中理工大学出版社,1992
[35]张翔,赵韩,钱立军,张炳力.国内各主要单位电动汽车研究项目进展情况及主要产品介绍.汽车技术,2004,5
[36]王守军.PHEV再生制动试验台研究：[硕士学位论文].哈尔滨：哈尔滨工业大学汽车工程学院,2009
[37]詹迅.轻度混合动力汽车再生制动系统建模与仿真：[硕士学位论文].重庆：重庆大学车辆工程学院,2005
[38]徐忠诚.混合动力汽车驱动系统建模与仿真研究：[硕士学位论文].西安：长安大学车辆工程学院,2008
[39]谢正光.基于CAN总线的汽车虚拟仪表系统研究与设计：[硕士学位论文].南京：南京航空航天大学机电学院,2008
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