电动汽车用永磁同步电机高速区弱磁优化控制研究

发布时间：2017-12-04 15:14

  本文关键词：电动汽车用永磁同步电机高速区弱磁优化控制研究

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【摘要】：汽车产业是体现国家竞争力的标志性产业,在国民经济和社会经济中发挥着重要作用。电动汽车是汽车产业应对能源安全、气候变化和环境保护的重要结构升级与突破口,已成为21世纪极具市场潜力的“绿色”产业。作为能量存储系统与车轮之间的纽带,电驱动系统是电动汽车的心脏,它由电动机、逆变器和控制器等组成,决定了整车性能的优劣。永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)特别是稀土永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高等显著优点,在电动汽车电驱动系统中极具应用价值。电动汽车运行工况复杂、加减速频繁以及需有高速行驶能力等特点,要求其电驱动系统具有较高的鲁棒性、动态响应性能以及较宽的弱磁调速范围。与此同时,电能有限且储存成本高的特点亦要求电驱动系统弱磁运行时有着较高的运行效率。本文针对电动汽车高速弱磁区的上述的需求,主要从电机控制与逆变器控制两个层面开展优化控制策略研究。本文首先总结了永磁同步电机弱磁控制方法及其PWM调制技术,为永磁同步电机弱磁优化控制策略及其电压调制提供了理论基础。在电机控制层面上,重点研究了单电流弱磁控制方法,并在传统单电流控制的基础上提出一种基于梯度下降法的单电流控制。该方法利用电机运行点的恒转矩方向在电流下降梯度上的投影关系修正交轴电压给定,在保留单电流控制动态响应快、弱磁深度高、对直流母线电压和负载的变化鲁棒性较好等优点的同时,使得电机稳态运行电流最小,实现电机运行效率的提升。仿真和实验结果表明：该方法和基于线性化的单电流控制相比,可以有效提高内置式永磁同步电机高速区的运行效率,为系统的高效运行提供了有效途。在逆变器控制层面上,针对永磁同步电机弱磁运行时一般工作在接近最大调制比区域的特点,提出一种基于矢量控制的最小开关损耗PWM电压调制,配合电机弱磁运行。该方法结合矢量控制原理,综合了利用多种不连续PWM策略及其中间状态,有效降低了逆变器开关损耗,并在电机弱磁运行时降低逆变器输出电压的谐波含量,减小了转矩脉动。仿真和实验证明了该方法有助于降低电动汽车逆变器的谐波含量并提高系统运行性能和运行效率。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341;U469.72

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本文编号：1251430