基于DB-DTFC的磁场调制型复合结构电机系统控制策略研究

发布时间：2020-03-25 06:48

【摘要】：随着汽车工业的快速发展,环境污染和能源短缺问题逐渐引起了大家的关注。插电式混合动力汽车可以在电池电量不足时使用汽油驱动,具有比纯电动汽车更长的续航里程,同时也比传统燃油汽车节能环保。丰田Prius作为插电式混合动力汽车最成功的典范,使用行星齿轮对内燃机和电动机进行功率分配,但行星齿轮结构较为精密,存在磨损、定期维护、可靠性差的问题,而磁场调制型复合结构电机可以代替丰田Prius的行星齿轮、发电机等机构。本文首先分析了磁场调制型复合结构电机系统的工作原理,发现磁场调制型无刷双转子电机定子电频率变化范围宽且该系统对控制器动态性能要求较高。为了进行控制策略的研究,建立了系统统一的数学模型。介绍了无差拍直接转矩-磁链控制(DB-DTFC)的原理并结合图解法进行了分析,同时简要阐述了空间矢量脉宽调制(SVPWM)的原理。其次,针对DB-DTFC算法的几个关键性问题进行了深入的分析和改进,主要包括定子电阻对算法的影响、状态观测器对算法的重要性和观测器的设计、时序问题等,并对这些关键问题从理论和仿真两个角度进行了说明。针对电压受限时算法得到的电压矢量可能无法合成的情况,本文根据转矩直线和磁链圆是否有交点,分别提出两种和三种方案,同时对这些方案进行了仿真验证,并结合图解法进一步说明所提方案的合理性,通过仿真对比得到最佳解决方案。再次,由于汽车实际运行中可能有多种工作模式,本文对磁场调制型复合结构电机系统的若干种工作模式进行了分析。建立了内燃机、磁场调制型复合结构电机以及控制系统的仿真模型,就前述分析的磁场调制型复合结构电机混合动力系统的特殊性,提出了系统控制策略。仿真验证了系统的四象限运行情况和内燃机工作点调整情况,并与传统的PI控制策略做了对比。仿真结果表明,该策略可以有效的解决系统转矩波动大、双转子电机定子电频率变化剧烈对系统性能造成的不良影响。最后,设计了磁场调制型复合结构电机的驱动器,主要包括电源、功率模块驱动、信号故障检测及保护、与快速控制原型AD5436相适应的接口电路等部分。建立了RCP半实物仿真平台,对双转子电机的DB-DTFC控制策略进行实验验证。同时,进一步分析了双转子电机定子磁场电角度的误差对控制系统造成的不良影响,指出了接下来的工作中应重点关注的问题与解决的办法。
【图文】：

图 1-1 串联式混合动力系统结构（2）并联式结构并联式混合动力系统由内燃机和电动机分别或者同时为驱动轮提供图 1-2 所示。这一构造的关键特征是机械耦合器将两个机械功率叠加

图 1-2 并联式混合动力系统结构（3）混联式结构混联式结构将电动机、内燃机、发电机、驱动轮通过相应的传动装置，，如图 1-3 所示。这一构造的明显特征是使用了两个功率耦合器——机
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U469.72;TM30

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本文编号：2599566