电动汽车驱动用永磁同步电机矢量控制的研究

发布时间：2020-11-20 12:59

　　 实体经济和虚拟经济的高速发展,引发环境的严重破坏和世界性的能源短缺危机,各国政府都在努力扶持新能源汽车的发展。电动汽车的优势是零排放、无污染,并由电池提供动力来源,故推动与发展以电动汽车为代表的新型能源汽车成为各国解决这一全球性问题的重要措施。电机驱动控制装置决定着电动汽车的动力性能,同时还影响着车辆的安全性。本文选用具有较高转矩惯量比以及运行效率高的永磁同步电机(PMSM)进行分析研究。通过对永磁同步电机的三种控制策略的阐述,以及电动汽车在实际运行过程中所出现的控制问题的分析,选用矢量控制策略控制PMSM的运转,采用了转速环基于滑模变结构矢量控制系统,实现了对电动机的精准控制。接着重点阐述了永磁同步电机的数学模型、坐标变换以及SVPWM算法的实现,为分析研究电动汽车驱动策略提供了有力的理论依据。然后着重讲解了滑模变结构控制所涉及的相关理论以及滑模控制器的设计方法。通过运用MATLAB软件分别对PMSM矢量控制系统的转速环使用PI控制和转速环基于滑模变结构控制进行了建模与仿真,对仿真结果进行分析对比,得出了基于滑模变结构控制的PMSM矢量控制系统具有较好的动态性能以及较强的鲁棒性。最后设计了PMSM控制系统软件部分以及驱动用的硬件部分。此系统硬件部分主要包括系统主电路、控制电路和采样电路。软件部分给出了主程序和中断子程序的结构框图以及SVPWM程序流程图。最后进行系统的调试工作,结果验证了矢量控制系统的可行性。
【学位单位】：辽宁石油化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U469.72;TM341
【部分图文】：

混合动力的能源汽车和燃料电池汽车都已经具有小批量制造的技术能力，此外纯动汽车在很多企业已经进入了大批量生产的阶段。目前，我国在电动汽车的电池和动机的研发方面，早就和世界先进技术水准逐渐缩小了差距，有一部分技术处于了头羊的地位。比如，深圳某电动汽车研制科技公司的锂离子电池续航力能够接近总程 300 多公里，车辆运行时速高达 115 公里每小时，同时也降低了对电池成本的开。还有我国政府对稀土永磁电机的开发是非常的激励，加之我国在此资源上独有的地优势，使得更多稀土材料制作的 PMSM 转子被广泛运用到电动汽车上。对于本题所研究的给电动汽车提供直接驱动力的永磁同步电机来说，更是降低了产业化的动汽车造价。在电控方面，我国企业研发起步比较晚，很多技术会之后于西方发达家，如在半导体材料的研发上，特别是高端产品 IGBT 管件的研发能力。根据相关料显示，在 2013 年，由于如图 1.1 所示新型电动汽车的发展，每年减少了七万多的成品油的消耗，同时削减了 15 万吨二氧化碳的排放量。因此，在我国发展电动车具有重要意义,通过电动汽车的发展来改善城市大气环境质量[15]。

量控制策略和开环恒压频比控制策略[23]。3.1 开怀恒压频比开环恒压频比的控制方式满足了绝大多数复杂现场环境下对永磁同步电动机控制的要求，并且使用便利，是一种比较简单的开环控制策略，省去了通过位置器和速度传感器来获取电动机转子的位置和旋转速度。对于控制现场运用开环恒比控制策略，在基频以下的运转过程中，能够维持 PMSM 内部气隙磁稳定不变转矩大小不变的状态下，可以使 PMSM 的转差率维持在恒定区间内，也就使电获得了比较硬的机械特性，实现良好的调速性能。缺点是，如果电源提供的频率低，就会需要提供电压补偿的办法，使电动机依然获得较大的带载转矩；在基频调速时，随着频率的不断提升增大，电源电压却不会增加到比额定电压大，最多以保持两者相等，故将促使电源频率和电动机产生的磁通出现反比下降的趋势，流电动机弱磁升速的控制方式类似，此种模式的调速方式称为恒功率调速。恒压控制策略的原理如图 1.2 所示。

图 1.3 直接转矩控制Fig. 1.3 Direct torque control定向的矢量控制电动机的内部构造可知，测量得到的转子磁通位置即为转检测到转子转动的实际位置，来获取同步旋转坐标轴 轴电压源逆变器输出的三相定子的合成的电流矢量和 轴重控制策略[31]。 控制策略的实现一般分为两种形式：一转速环以及电流环均为双闭环控[32]。下面以转速和电流双例，如下图 1.4 所示为它的控制原理图。dq 0di
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本文编号：2891451