纯电动汽车用永磁同步电动机控制系统研究

发布时间：2020-04-12 23:15

【摘要】：全球环境问题的愈演愈烈,驱使着全球汽车产业的改革与创新,具备高效、清洁、环保特点的新能源汽车必将成为未来汽车时代的主角。作为目前我国重点研究车型之一的纯电动汽车,未来将成为我国的主流电动汽车。纯电动汽车的电力驱动装置是电力驱动系统中的电动机,其自身的转矩控制性能直接决定着整车的性能。因此本文以电驱动系统中的永磁同步电动机控制系统为研究对象,从提高电流和转速两方面的控制性能入手,阐述了目前控制策略概况以及存在的诸多问题,并将多个现代控制策略相互结合、取长补短,提出了新型高性能的控制策略。该控制方法对提升纯电动汽车的性能,以及推动其在其他工程领域的发展具有非常重要的意义。首先,在存在诸多动态干扰因素的情况下,目前的控制策略普遍存在控制性能不高、电流的抖振现象等问题,针对以上问题,提出了自适应模糊滑模电流鲁棒控制方法。该方法是结合模糊控制和自适应控制对传统滑模控制器的全面改进。仿真结果显示电机电流不仅具有快速的收敛速度,并且在纯电动汽车行驶过程中发生电机参数变化、负载变化等扰动情况下,电机电流具有良好的动态响应品质以及较高的鲁棒性。其次,对于永磁同步电机的转速控制方面,就目前PMSM无位置传感器控制技术存在的一些问题进行了改进,提出了模糊双滑模MRAC转速和位置观测器。该观测器可以根据电机参数变化、转速变化等情况自适应调整观测器模型,实现转速的准确跟踪,有效增强了系统的鲁棒性和稳定性。通过仿真验证了该方法的有效性;本文主要对PMSM的控制技术发展做了深入研究,满足纯电动汽车性能要求的同时,尽力完善PMSM的控制系统,对纯电动汽车在未来交通领域占据主导地位起着一定的推动作用。
【图文】：

示意图,电动汽车,永磁同步电机,驱动系统

多变量的特点[25]，也将加大控制的难度，控制效果影响着 BEV 整车的性能。因此研究出先进、高效、高精度的控制策略，实现可靠性、安全性、高效性经济性等综合目标的最优，使永磁同步电机在纯电动汽车驱动方面具有更高的应用价值，对于提高纯电动汽车整车性能也是最为关键的一步。永磁同步电机作为纯电动汽车的驱动电机，其控制系统主要是实现转矩控制和转速控制的目的。图 1-1 为纯电动汽车用永磁同步电机及其驱动系统，其工作原理示意图，可以看到整个电力驱动系统主要由加速踏板、主控制器、功率变换器、永磁同步电动机、机械传动系统（变速箱、传动轴、主减速器等）和驱动轮组成[25-27]。该电动汽车的工作原理是首先将采集的踏板信息（加速踏板信息或制动踏板信息）和挡位的信息，，然后将其转换成电压信号作为主控制器的输入信号，随后主控制器通过输出 PWM 信号来控制 IGBT 开关装置，最终通过输出的电枢信号控制永磁同步电机的运转。PMSM 是纯电动汽车驱动系统的关键功能部件，实现将电能转化为机械能的能量转换功能，从而驱动车轮或者间接通过传动装置保证汽车的安全行驶[29]。

特殊工况,控制性能,实用性,控制策略

华北电力大学硕士学位论文电动汽车的驱动控制系统根据驾驶员对汽车的车速要求，实现对电机的转速控制，从而使车辆自动保持匀速行驶，满足驾驶员对舒适度的要求。永磁同步电机的转速控制，目前常用的控制结构有转速和电流的级联式控制、转速-电流的单环控制[30]。目前对于电机的控制方法有很多，根据发展的成熟度可以将他们大致分为以下四种，如图 1-2 所示：经典控制策略、现代控制策略、智能控制策略以及现在最流行的复合控制策略[31]。多年来对于永磁同步电机的控制，最常采用的是矢量控制、经典 PID 控制等为代表的经典控制理论和直接转矩控制等现代控制策略。随着电力电子技术、人工智能技术等快速发展，以及为了满足各领域对永磁同步电机控制精度的要求，国内外学者们逐渐将遗传算法、模糊逻辑、滑模变结构以及神经网络等智能控制技术应用到 PMSM 控制系统中，在电机的动静态性能、鲁棒性等方面有了很大的提高，取得了良好的控制效果[31-33]。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U469.72;TM341

【参考文献】