永磁同步电机控制与电动汽车能量回收

发布时间：2023-05-13 23:39

　　近年来,随着人们生活水平的逐步提高,中国汽车的销量和保有量逐年攀升。然而,以化石燃料作为动力来源的传统燃油汽车,在使用过程中会不可避免排出汽车尾气,造成大气污染。且化石能源为不可再生能源,随着人们的使用会逐步减少并最终消耗殆尽。受此能源和环境问题的影响,以清洁能源电能作为能量来源的电动汽车受到人们越来越广泛的关注。然而目前的电动汽车普遍存在续航里程较短的缺陷,在动力电池技术短期内难以取得突破性进展的情形下,可使用回馈制动技术增加电动汽车的续航里程,该技术在制动较为频繁的城市交通路况中效果尤为明显。本文首先分析永磁同步电机在三相静止坐标系下的数学模型以及两相同步旋转坐标系下的数学模型,推导了永磁同步电机两种常用的控制方式:矢量控制和直接转矩控制,详细阐述了常用电压矢量合成方法SVPWM。随后分析了常用的双向隔离DC/DC变换器DAB,以及移相占空比模式下DAB的各个工作模态,推导了DAB变换电路的小信号模型。在此基础上,依据回馈制动的定义对回馈制动系统进行了功能和结构的分解,分析了现有回馈制动系统的不足,进而设计出了本文的回馈制动系统。并依据系统的功能要求,选择了双向全桥DC/DC电路作...

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容和文章结构
        1.3.1 论文主要内容
        1.3.2 论文主要结构
第二章 永磁同步电机与DAB电路模型分析
    2.1 PMSM结构介绍
        2.1.1 定子结构
        2.1.2 转子结构
    2.2 PMSM数学建模
        2.2.1 静止三相坐标系下的数学模型
        2.2.2 同步旋转dq坐标系下的模型
            2.2.2.1 三相静止到两相静止坐标变换
            2.2.2.2 两相静止到两相旋转变换
    2.3 PMSM常用控制方式
        2.3.1 矢量控制
        2.3.2 直接转矩控制
    2.4 SVPWM矢量合成
    2.5 SVPWM计算步骤
    2.6 DAB电路
        2.6.1 DAB电路移相控制模态分析
        2.6.2 DAB电路小信号模型分析
    2.7 小结
第三章 能量回馈制动系统分析与设计
    3.1 回馈制动原理分析
        3.1.1 电机的四象限运行
        3.1.2 回馈制动系统功能和结构分析
    3.2 回馈制动系统设计
        3.2.1 超级电容+动力电池的混合储能系统
        3.2.2 电能回收电路设计
        3.2.3 回馈制动系统整体设计
        3.2.4 PMSG-三相PWM整流器回馈制动子系统时域分析
    3.3 回馈制动策略设计
        3.3.1 回馈制动过程中的几个关键因素
        3.3.2 电池常用充电策略及最大可充电电流估计
            3.3.2.1 常用充电方法
            3.3.2.2 最大可充电电流曲线
            3.3.2.3 最大可充电电流估计
        3.3.3 回馈制动控制策略
    3.4 小结
第四章 能量回馈制动系统仿真及验证
    4.1 采用SVPWM的永磁同步电机矢量控制系统设计与仿真
    4.2 回馈制动驱动一体系统设计分析与仿真
        4.2.1 基于双向隔离变化器DAB能量双向流动仿真分析
            4.2.1.1 DAB驱动状态下的仿真
            4.2.1.2 DAB由超级电容侧向动力电池侧充电仿真
        4.2.2 DAB与 PMSM联合仿真
        4.2.3 恒速情形下仅带超级电容回馈制动仿真
        4.2.4 恒速情形下全系统回馈制动仿真
        4.2.5 减速制动情形下仿真
            4.2.5.1 机械负载建模
            4.2.5.2 仅带超级电容的减速制动仿真
            4.2.5.3 全系统减速回馈制动仿真
    4.3 总结
第五章 实验平台软硬件实现
    5.1 硬件电路设计
        5.1.1 电机驱动及控制电路
            5.1.1.1 主控单片机
            5.1.1.2 逆变器及其驱动电路
            5.1.1.3 转子位置与转速采样
        5.1.2 DAB变换器及控制电路
            5.1.2.1 核心控制器TMS320F28335
            5.1.2.2 MOSFET开关管
            5.1.2.3 MOSFET驱动电路
            5.1.2.4 电压电流采样电路
            5.1.2.5 变压器和电感设计
    5.2 系统软件设计
        5.2.1 电机驱动软件编写
        5.2.2 DAB控制软件编写
    5.3 实验测试结果与分析
        5.3.1 试验台整体设计
        5.3.2 实验结果分析
            5.3.2.1 超级电容充电实验
            5.3.2.2 超级电容放电实验
            5.3.2.3 永磁同步电机向超级电容充电实验
            5.3.2.4 整个回馈制动系统回馈制动实验
    5.4 总结
第六章 总结
    6.1 全文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3816755