基于动态规划的车用永磁同步电机再生制动研究

发布时间：2017-04-01 12:08

  本文关键词：基于动态规划的车用永磁同步电机再生制动研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：汽车产业是我国发展的重要支柱,根据公安部交管局发布的数据,截止2014年底,我国机动车保有量达2.64亿辆,其中汽车1.54亿辆,而且还在增长。汽车业发展给我国环境带来了很大压力,废气、噪声对我们的生活及环境造成了严重危害。同时,汽车消耗了全球石油的百分之五十以上,石油资源也日趋紧张。在这样严峻的背景下,电动汽车越来越受到世界各国的高度重视[1]。和传统汽车相比,电动汽车最主要的优点是可以通过电机的再生制动技术在车辆制动或者减速时回收能量,实现节能低污染的性能。电机作为再生制动技术的关键因素,一直是人们研究的热点。永磁同步电机以其结构简单、功率密度高、体积小、维修保养方便等特点引起了人们的青睐,并被广泛的应用在汽车领域,并且我国是稀土资源的大国,应用永磁同步电机更具优势。因此,本文对车用永磁同步电机的再生制动技术进行深入地探讨分析。本文针对基于永磁同步电机的再生制动控制策略进行分析研究,在确保安全的情况下,使其尽可能多的回收制动能量。主要内容如下:本文首先综述了电动汽车以及车用永磁同步电机的发展现状,以及再生制动能量回收控制的主要研究策略。其次在对永磁同步电机基本结构及其工作原理进行研究的基础上,建立了表贴式永磁同步电机的数学模型,运用定向磁场控制的方法,对电机的转矩进行跟踪控制。通过仿真分析证明其有较好的跟踪特性,为研究永磁同步电机的再生制动过程打下基础。根据表贴式永磁同步电机在磁场定向控制下的稳态模型,对永磁同步电机的再生制动过程进行分析,推导出电机输入功率模型,并联合电池的等效电路模型,分析再生制动过程中电机与电池之间的功率损失,以此建立再生制动的功率损耗模型。采用再生制动能量瞬时优化策略,以再生制动过程中的功率损耗最小为指标,对电机转矩进行优化控制,在保证电机和电池安全的前提下,间接的达到能量回收最大化。对ADVISOR软件中的制动模块进行修改,用本文的瞬时优化策略建立S函数并嵌入制动模块中,在NEDC工况下对其进行仿真实验分析。仿真结果表明,采用瞬时优化策略的结果要优于ADVISOR中的策略。采用基于动态规划算法的全局的优化策略对再生制动过程中的功率损失进行分析,并在ECE工况下,分别采用全局和瞬时优化策略进行对比仿真实验分析。结果表明,当制动时间较短时,瞬时优化策略略低于基于动态规划的全局优化策略;当制动时间较长时,基于动态规划的全局优化策略要明显优于瞬时优化策略。针对动态规划算法计算量大,无法用于实时控制的问题,本文提出了基于模型预测框架的动态规划算法。首先利用当前的制动强度采用线性预测的方法预测在车辆制动或减速时未来的车速,然后以制动过程中功率损失最小为目标,用动态规划的方法对预测区间里的电机转矩进行滚动优化控制,仿真结果表明采用基于模型预测框架的动态规划算法的效果基本上能和采用动态规划算法的效果保持一致,但计算时间却大大减少。对ADVISOR软件中的制动模块进行修改,用基于模型预测框架的动态规划算法建立S函数并嵌入制动模块中,在NEDC工况下对其进行仿真实验分析。仿真结果表明,采用动态规划和模型预测控制结合的策略要优于ADVISOR中的策略,证明本文提出的方法能充分利用电机的制动转矩,并在很大程度上减少了动态规划的计算时间。
【关键词】：再生制动 永磁同步电机 矢量控制 动态规划 模型预测控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM341
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 电动汽车车载永磁同步电机研究现状分析13-14
• 1.2.2 电动汽车再生制动控制策略综述14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 第2章 再生制动系统的机构以及工作原理17-23
• 2.1 混合动力汽车的分类17-18
• 2.2 再生制动系统结构与原理18-20
• 2.2.1 再生制动系统结构18-19
• 2.2.2 再生制动的基本原理19-20
• 2.3 混合动力车再生制动系统的制动力分配策略20-21
• 2.4 混合动力汽车再生制动的关键问题21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第3章 永磁同步电机的矢量控制算法23-41
• 3.1 永磁同步电机数学模型23-28
• 3.1.1 永磁同步电机的分类23-24
• 3.1.2 永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型24-25
• 3.1.3 坐标变换25-27
• 3.1.4 永磁同步电机在两相坐标系下的数学模型27-28
• 3.2 矢量控制方法分析28-39
• 3.2.1 表贴式永磁同步电机的矢量控制方法28-34
• 3.2.2 仿真实验分析34-39
• 3.3 本章小结39-41
• 第4章 再生制动功率损耗的瞬时优化策略41-53
• 4.1 再生制动系统的模型41-46
• 4.1.1 永磁同步电机的制动模型41-43
• 4.1.2 电机的效率模型43
• 4.1.3 蓄电池模型43-45
• 4.1.4 再生制动过程中的的功率损耗模型45-46
• 4.2 制动功率损耗的瞬时优化控制策略46-48
• 4.3 ADVISOR软件中的仿真实验分析48-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 制动功率损耗的动态规划全局优化策略53-71
• 5.1 动态规划全局优化策略53-59
• 5.1.1 动态规划算法53-54
• 5.1.2 制动功率损耗动态规划算法54-55
• 5.1.3 瞬时优化和动态规划算法的全局优化的对比仿真分析55-59
• 5.2 基于模型预测控制框架的动态规划优化策略59-70
• 5.2.1 模型预测控制59-61
• 5.2.2 基于模型预测控制框架的动态规划算法61-64
• 5.2.3 仿真实验分析64-67
• 5.2.4 ADVISOR软件中的仿真实验分析67-70
• 5.3 本章小结70-71
• 第6章 全文总结71-73
• 6.1 主要工作与结论71
• 6.2 远景与展望71-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 作者简介79
• 攻读硕士学位期间的学术成果79

【参考文献】

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本文编号：280582