基于fpga的電動汽車控制系統(tǒng)及方法
【技術領域】
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[0001]本發(fā)明涉及電動汽車控制領域，尤其涉及一種基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
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[0002]隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，全球汽車保有量的不斷增加，汽車帶來的環(huán)境污染、能源短缺等問題越來越突出。各國政府及汽車行業(yè)普遍認識到節(jié)能減排是未來汽車技術發(fā)展的主攻方向。電動汽車具有高效、節(jié)能、低噪聲、零排放等顯著特點，在環(huán)保和節(jié)能方面具有不可比擬的優(yōu)勢，因此發(fā)展電動汽車將是解決環(huán)境污染、能源短缺等問題的最佳途徑。
[0003]電動汽車車輪驅動電機是所有電動汽車必不可少的關鍵部件。目前使用較多的有直流有刷、永磁無刷、交流感應和開關磁阻等4種電機?，F(xiàn)有的感應電動機驅動的電動汽車通常采用矢量控制和直接轉矩控制，矢量控制又有最大效率控制和無速度傳感器矢量控制，前者使勵磁電流隨著電動機參數(shù)和負載條件的變化，從而使電動機的損耗最小、效率最大、控制性能優(yōu)良和動態(tài)響應迅速，因此非常適合電動汽車的控制。
[0004]然而，現(xiàn)有的電動汽車控制系統(tǒng)多采用DSP控制，系統(tǒng)控制精度不高，多電機驅動能力弱，市場價格相對較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]針對現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)及方法，提高了電動汽車的控制精度，增強了多電機擴展能力，并且成本較低。
[0006]一方面，本發(fā)明提供一種基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)，包括:檢測單元、FPGA控制單元、驅動單元、電動汽車車輪驅動電機；
[0007]所述檢測單元用于采集電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號；
[0008]所述FPGA控制單元用于根據(jù)所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，結合用戶發(fā)送的調節(jié)信號，采用矢量控制算法得到電壓值；
[0009]所述驅動單元用于根據(jù)所述電壓值，驅動所述電動汽車車輪驅動電機工作；
[0010]其中，所述電動汽車車輪驅動電機與所述檢測單元的輸入端相連，所述檢測單元的輸出端與所述FPGA控制單元的輸入端相連，所述FPGA控制單元的輸出端與所述驅動單元的輸入端相連，所述驅動單元的輸出端與所述電動汽車車輪驅動電機相連。
[0011]可選地，所述檢測單元包括:
[0012]用于采集所述電動汽車車輪驅動電機電流和電壓信號的霍爾傳感器；
[0013]用于采集所述電動汽車車輪驅動電機轉速信號的光電編碼器；
[0014]用于將所述電動汽車車輪驅動電機電流和電壓信號進行A/D轉換的A/D轉換器；
[0015]所述光電編碼器的輸出端與所述FPGA控制單元的輸入端相連，所述霍爾傳感器的輸出端與所述A/D轉換器的輸入端相連，所述A/D轉換器的輸出端與所述FPGA控制單元相連。
[0016]可選地，所述驅動單元采用IGBT驅動。
[0017]可選地，所述FPGA控制單元包括:數(shù)字濾波器、矢量控制模塊、SVPWM模塊、軟核處理器、CAN總線模塊；
[0018]所述數(shù)字濾波器用于將采集到的所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓信號進行濾波處理；
[0019]所述CAN總線模塊用于接收用戶發(fā)送的調節(jié)信號；
[0020]所述矢量控制模塊用于結合所述用戶發(fā)送的調節(jié)信號和所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，采用雙閉環(huán)PI調節(jié)控制，得到控制信號；
[0021]所述軟核處理器用于將實現(xiàn)用戶與所述矢量控制模塊的交互；
[0022]所述SVPWM模塊用于根據(jù)所述控制信號計算得到電壓值，輸出所述電壓值至所述驅動單元。
[0023]可選地，所述數(shù)字濾波器采用FIR濾波器進行濾波處理。
[0024]可選地，所述SVPWM模塊中三角函數(shù)的計算采用CORDIC算法。
[0025]另一方面，本發(fā)明提供一種基于FPGA的電動汽車控制方法，包括:
[0026]采集電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號；
[0027]根據(jù)所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，結合用戶發(fā)送的調節(jié)信號，采用矢量控制算法得到電壓值，輸出所述電壓值至驅動單元；
[0028]根據(jù)所述電壓值，驅動所述電動汽車車輪驅動電機工作。
[0029]可選地，所述根據(jù)所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，結合用戶發(fā)送的調節(jié)信號，采用矢量控制算法得到電壓值，輸出所述電壓值至驅動單元，包括:
[0030]將采集到的所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓信號進行濾波處理；
[0031]接收用戶發(fā)送的調節(jié)信號；
[0032]結合所述用戶發(fā)送的調節(jié)信號和所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，采用雙閉環(huán)PI調節(jié)控制，得到控制信號；
[0033]根據(jù)所述控制信號計算得到電壓值，輸出所述電壓值至所述驅動單元。
[0034]可選地，結合所述用戶發(fā)送的調節(jié)信號和所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，采用雙閉環(huán)PI調節(jié)控制，得到控制信號，包括:
[0035]將所述用戶發(fā)送的調節(jié)信號與轉速值輸入至外環(huán)PI調節(jié)器，得到外環(huán)控制量；
[0036]濾波后的電流值采用Clark變換和Park變換分解得到第一參考值和第二參考值，將所述第一參考值與系統(tǒng)設定值輸入至第一內(nèi)環(huán)PI調節(jié)器，得到第一內(nèi)環(huán)控制量，將所述第二參考值與所述外環(huán)控制量輸入至第二內(nèi)環(huán)PI調節(jié)器，得到第二內(nèi)環(huán)控制量；
[0037]將所述第一內(nèi)環(huán)控制量與所述第二內(nèi)環(huán)控制量采用Park逆變換得到控制信號。
[0038]可選地，所述Clark變換和Park變換采用CORDIC算法。
[0039]由上述技術方案可知，本發(fā)明的基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括:檢測單元、FPGA控制單元、驅動單元、電動汽車車輪驅動電機，根據(jù)所述檢測單元采集所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，結合用戶發(fā)送的調節(jié)信號，采用矢量控制算法得到電壓值，輸出所述電壓值至驅動單元，根據(jù)所述電壓值，驅動所述電動汽車車輪驅動電機工作，提高了電動汽車的控制精度，增強了多電機擴展能力，并且成本較低。【附圖說明】:
[0040]圖1為本發(fā)明第一實施例提供的基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)結構示意圖；
[0041]圖2為本發(fā)明第二實施例提供的基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)結構示意圖；
[0042]圖3為本發(fā)明第二實施例提供的FPGA控制單元的矢量控制框圖；
[0043]圖4為本發(fā)明第三實施例提供的基于FPGA的電動汽車控制方法流程示意圖。
【具體實施方式】
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[0044]下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0045]圖1示出了本發(fā)明一實施例提供的基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)結構示意圖，如圖1所示，本實施例的系統(tǒng)包括:FPGA控制單元11、驅動單元12、檢測單元13、電動汽車車輪驅動電機14;
[0046]所述FPGA控制單元11用于根據(jù)所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，結合用戶發(fā)送的調節(jié)信號，采用矢量控制算法得到電壓值；所述調節(jié)信號為用戶通過上位機界面對電機的速度、方向等進行調節(jié)的調節(jié)信號；
[0047]所述驅動單元12用于根據(jù)所述電壓值，驅動所述電動汽車車輪驅動電機工作；
[0048]所述檢測單元13用于采集電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號；
[0049]其中，所述電動汽車車輪驅動電機14與所述檢測單元13的輸入端相連，所述檢測單元13的輸出端與所述FPGA控制單元11的輸入端相連，所述FPGA控制單元11的輸出端與所述驅動單元12的輸入端相連，所述驅動單元12的輸出端與所述電動汽車車輪驅動電機14相連。
[0050]進一步地，所述檢測單元13包括:
[0051]用于采集所述電動汽車車輪驅動電機電流和電壓信號的霍爾傳感器；
[0052]用于采集所述電動汽車車輪驅動電機轉速信號的光電編碼器；
[0053]用于將所述電動汽車車輪驅動電機電流和電壓信號進行A/D轉換的A/D轉換器；
[0054]所述光電編碼器的輸出端與所述FPGA控制單元的輸入端相連，所述霍爾傳感器的輸出端與所述A/D轉換器的輸入端相連，所述A/D轉換器的輸出端與所述FPGA控制單元相連。
[0055]進一步地，所述驅動單元12采用IGBT驅動。
[0056]具體地，圖2示出了本發(fā)明第二實施例提供的基于FPGA的電動汽車控制系統(tǒng)結構示意圖，如圖2所示，所述FPGA控制單元11包括:數(shù)字濾波器111、矢量控制模塊112、SVPWM模塊113、軟核處理器114、CAN總線模塊115 ；
[0057]所述數(shù)字濾波器111用于將采集到的所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓信號進行濾波處理；
[0058]所述CAN總線模塊115用于接收用戶發(fā)送的調節(jié)信號；
[0059]所述矢量控制模塊112用于結合所述用戶發(fā)送的調節(jié)信號和所述電動汽車車輪驅動電機的電流、電壓和轉速信號，采用雙閉環(huán)PI調節(jié)控制，得到控制信號，如圖3所示，圖3示出了本發(fā)明第二實施例提供的FPGA控制單元的矢量控制框圖；
[0060]所述軟核處理器114用于將實現(xiàn)用戶與所述矢量控制模塊112的交互；；
[0061]所述SVPWM模塊113用于將所述控制信號計算得到電壓值，輸出所述電壓值至驅動單元12 ；
[0062]進一步地，所述數(shù)字濾波器111為FIR濾波器，考慮到電氣系統(tǒng)的干擾和信號采集系統(tǒng)本身的噪聲，本發(fā)明設計了數(shù)字濾波器對采集的信號進行濾波處理。由于IIR濾波器對信號具有非線性相位，故采用了 FIR濾波器，它能夠保證在任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應是有限長的，保證了濾波器系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0063]具體地，上述的FPGA控制單元11結合圖3所示，具體為:
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