电动车用感应电机控制器的设计及其关键问题研究

发布时间：2017-08-12 15:12

  本文关键词：电动车用感应电机控制器的设计及其关键问题研究

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【摘要】：长期以来,汽车作为人类最重要的交通工具,在社会生活中发挥着重要作用。随着能源的日益消耗以及传统燃油汽车带来的环境问题,迫使人们重新考虑汽车未来的动力来源。电动汽车以电能作为动力源,能实现零排放,能量利用率高,发展前景十分广阔。感应电机作为常见的交流电机,具有结构简单、成本低、运行可靠、极限转速高等特点,因而被广泛的应用在新能源汽车的驱动系统中。感应电机控制器作为电动汽车的核心部件,要求其具有良好的转矩控制特性,以满足汽车频繁的起动、停车,加、减速,能量回馈,低速大转矩爬坡,高速恒功率运行等工况。当前,车用感应电机控制器产品种类较多,但大都存在如下问题：(1)当电机运行在恒功率区时,因控制器对定子电流的励磁分量与转矩分量分配不合理导致高速区的电磁转矩的潜力得不到充分发挥：(2)传统的三相电压源型逆变器的SVPWM调制方案仅运行在线性调制区内,降低了电机的起动转矩并限制了系统的调速范围,最终影响了驱动系统的动态性能。针对上述问题,本文提出了相应的解决方案,并以TI公司的DSP芯片TMS320F2810为核心,制作了电动汽车感应电机控制器的样机。具体的研究内容如下：(1)对于感应电机运行在恒功率区输出转矩不足的问题,提出了一种新的弱磁控制方案。该方案结合了传统的1/ωr法和基于电压检测弱磁控制方法的优点,充分发挥了定子电流的励磁分量与转矩分量的作用,从而增加了电机的输出转矩；(2)针对三相逆变器直流侧电压利用率低的问题,将SVPWM算法从线性调制区延伸至过调制区,并采用SVPWM单模式过调制策略实现了两者的平滑过渡,为电机起动转矩的增加和系统调速范围的拓宽提供了可能；(3)制作了电动汽车用感应电机控制器的样机,设计了包括矢量控制算法、SVPWM波形输出、电流调节器、电流模型的开环磁链观测器等模块在内的各功能模块,最终对间接矢量控制系统进行了调试与测试,验证了方案的有效性。
【关键词】：电动汽车 矢量控制 弱磁控制 DSP
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM346
【目录】：

• 摘要12-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 绪论15-22
• 1.1 课题的研究背景和意义15-16
• 1.2 纯电动汽车控制器的研究现状及存在的问题16-20
• 1.2.1 纯电动汽车的结构组成16-17
• 1.2.2 电动汽车驱动电机的选择17-18
• 1.2.3 感应电机常用的变频控制策略18
• 1.2.4 感应电机控制器存在的问题18-20
• 1.3 本文的主要研究内容和章节安排20-21
• 1.3.1 主要研究内容20
• 1.3.2 论文各章节安排20-21
• 1.4 本章小结21-22
• 第2章 三相感应电机的数学模型22-29
• 2.1 感应电机在三相静止坐标系下的数学模型22-25
• 2.2 感应电机的坐标变换25-26
• 2.2.1 三相静止坐标系到两相静止坐标系的变换25-26
• 2.2.2 两相静止坐标系到两相同步旋转坐标系的变换26
• 2.3 感应电机在同步旋转坐标系(dq坐标系)下的数学模型26-27
• 2.4 感应电机在同步旋转坐标系下的状态空间方程27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 三相感应电机的矢量控制方案29-35
• 3.1 矢量控制的基本思想29-30
• 3.2 转子磁链定向矢量控制的基本原理30-31
• 3.3 矢量控制系统的具体方案31-33
• 3.3.1 直接型矢量控制系统31-32
• 3.3.2 间接型矢量控制系统32-33
• 3.4 感应电机转子磁链的估计方案33-34
• 3.4.1 基于电流模型的磁链估计方案33
• 3.4.2 基于电压模型的磁链估计方案33-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第4章 三相感应电机的弱磁控制技术35-48
• 4.1 电机弱磁区域的运行状态分析35-40
• 4.1.1 弱磁区感应电机的稳态方程35
• 4.1.2 弱磁运行时电压和电流的限制条件35-36
• 4.1.3 弱磁运行区域的划分及各区域电流的分配方案36-39
• 4.1.4 电机在整个运行范围内的最优电流矢量轨迹39-40
• 4.2 常见的感应电机弱磁控制方案40-43
• 4.2.1 1/ω_r法40-41
• 4.2.2 基于电压检测的方案41-42
• 4.2.3 基于电压检测改进后的弱磁控制方案42-43
• 4.3 一种新型的弱磁控制方案43
• 4.4 仿真结果与分析43-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 三相电压源型逆变器的SVPWM及其过调制方案48-59
• 5.1 三相电压源型逆变器的基本结构与基本电压矢量48-49
• 5.2 SVPWM的线性调制策略49-50
• 5.3 SVPWM的过调制策略50-55
• 5.3.1 最小相角误差过调制策略50-51
• 5.3.2 最小幅值误差过调制策略51-52
• 5.3.3 典型双模式过调制策略52-53
• 5.3.4 单模式过调制策略53-55
• 5.4 仿真结果与分析55-58
• 5.4.1 SVPWM线性调制区内的仿真结果与分析55-56
• 5.4.2 SVPWM单模式过调制的仿真结果与分析56-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 电动汽车感应电机控制器的软硬件实现59-77
• 6.1 感应电机控制器硬件的整体方案59-61
• 6.1.1 微控制器TMS320F2810简介59-60
• 6.1.2 感应电机控制器硬件的整体方案60-61
• 6.2 感应电机控制器的软件设计61-67
• 6.2.1 软件开发平台介绍61-62
• 6.2.2 感应电机的标幺值表示法62-63
• 6.2.3 数值定标63
• 6.2.4 软件设计流程63-67
• 6.3 矢量控制主要程序模块的软件实现67-76
• 6.3.1 电机速度检测模块67-69
• 6.3.2 转子磁链位置计算模块69-70
• 6.3.3 电流调节器PI算法模块70-71
• 6.3.4 电流采样环节及其标幺化模块71-73
• 6.3.5 坐标变换模块73
• 6.3.6 SVPWM的实现模块73-76
• 6.4 本章小结76-77
• 第7章 样机调试与相关实验结果分析77-87
• 7.1 样机参数与各变量标幺值的基值选取77-78
• 7.1.1 样机参数77-78
• 7.1.2 各变量标幺值的基值选取78
• 7.2 三相逆变器的驱动及输出波形的实验结果78-82
• 7.2.1 MOSFET开关管驱动与输出波形78-79
• 7.2.2 互补PWM的输出波形79
• 7.2.3 初始上电的波形79-80
• 7.2.4 七段式SVPWM的输出波形80-81
• 7.2.5 SVPWM输出相电压和相电流波形81-82
• 7.3 坐标变换以及磁链定向角计算的实验结果82-83
• 7.4 电流调节器的实验结果83-84
• 7.5 间接矢量控制系统的实验结果84-86
• 7.5.1 电流模型与间接矢量控制模型磁链位置角的对比84
• 7.5.2 电机的起动波形84-85
• 7.5.3 间接矢量控制系统的动态响应波形85-86
• 7.5.4 间接矢量控制系统的弱磁升速波形86
• 7.6 本章小结86-87
• 第8章 总结与展望87-89
• 8.1 论文工作总结87
• 8.2 论文展望87-89
• 参考文献89-93
• 致谢93-94
• 附件94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李国良,初亮;采用交流感应电机的电动汽车动力传动系统的合理匹配[J];吉林工业大学自然科学学报;2001年04期

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本文编号：662235