基于模型的车用永磁同步电机中低速工况下矢量控制的研究

发布时间：2017-08-20 23:17

  本文关键词：基于模型的车用永磁同步电机中低速工况下矢量控制的研究

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【摘要】：环境和能源问题愈来愈受到国际社会的重视，电动汽车以其清洁、环保和高效受到人们的青睐，也引起了各大汽车厂商的重点关注。永磁同步电机功率密度大、效率高，，是电动汽车驱动电机的首选，其控制策略主要包括矢量控制和直接转矩控制。本文主要针对矢量控制依赖电机精确的数学模型而引起控制系统鲁棒性弱的问题进行研究，在矢量控制系统的速度环引入具有扰动观测和补偿功能的自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control，ADRC)技术。传统电机控制策略开发不仅效率低、周期长、成本高而且软件可靠性也较差，显然难以适应电动汽车生产对开发周期、成本和代码可靠性的要求，本文将基于模型的设计开发方法应用到驱动电机控制策略的开发过程。本文主要围绕这两方面展开，研究内容如下： 首先，介绍了永磁同步电机基本结构和工作原理，推导了永磁同步电机在不同坐标系下的数学模型，并对两种不同坐标系间的转换过程进行了阐述。在此基础上，对矢量控制策略的实现进行了深入的理论研究和分析，建立了永磁同步电机矢量控制的总体设计架构。 其次，简述了自抗扰控制技术的原理，结合永磁同步电机转速的状态方程，设计了基于速度环ADRC的矢量控制的方案。根据方案在Simulink中搭建了基于ADRC的矢量控制仿真模型，并进行了中低速条件下的永磁同步电机启动、加速、负载的性能测试。仿真结果表明，基于ADRC的矢量控制与常规PI相比，鲁棒性更强。 然后，结合MMC电机控制策略开发平台，按照基于模型设计的开发流程，首先根据项目需求建立需求文档，在仿真模型的基础上搭建基于ADRC的矢量控制的代码模型，并建立模型与需求的关联。而后完成模型到代码的自动实现，同时建立代码与模型的双向追踪，并对代码进行优化。 最后，根据电动汽车动力测试要求，在实验室电机实验测试平台上进行永磁同步电机中低速工况下的性能测试。实验结果表明，基于ADRC的矢量控制具有良好的动态性和鲁棒性，能够满足电动汽车的性能要求，达到了预期目标。
【关键词】：电动汽车 永磁同步电机 矢量控制 ADRC 基于模型设计
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM341
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-19
• 1.1 课题的背景与意义9-10
• 1.2 电动汽车国内外发展现状10-18
• 1.2.1 电动汽车驱动电机技术发展现状10-13
• 1.2.2 电动汽车控制技术发展现状13-15
• 1.2.3 汽车电子软件发展现状15-18
• 1.3 论文的组织结构18-19
• 第2章 永磁同步电机矢量控制技术19-34
• 2.1 永磁同步电机结构和原理19-20
• 2.2 矢量坐标变换及 PMSM 数学模型20-27
• 2.2.1 矢量坐标变换21-25
• 2.2.2 PMSM 在三相静止坐标系下的数学模型25-26
• 2.2.3 PMSM 在旋转坐标系下的数学模型26-27
• 2.3 空间电压矢量 SVPWM 技术27-32
• 2.3.1 基本电压空间矢量27-29
• 2.3.2 电压空间矢量控制实现29-32
• 2.4 永磁同步电机矢量控制原理32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 基于 ADRC 的矢量控制研究与仿真分析34-48
• 3.1 自抗扰控制技术34-39
• 3.1.1 跟踪微分器35-37
• 3.1.2 扩张观测器37-38
• 3.1.3 非线性误差反馈38-39
• 3.2 基于 ADRC 的永磁同步电机矢量控制策略39-41
• 3.3 基于 ADRC 的矢量控制仿真及结果分析41-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 基于模型的 ADRC 矢量控制软件设计48-70
• 4.1 电机控制算法开发平台48-51
• 4.1.1 DriveSoft 应用软件49
• 4.1.2 基于模型设计的开发流程49-51
• 4.2 基于 ADRC 的矢量控制算法的设计51-62
• 4.2.1 需求与模型的关联设计51-55
• 4.2.2 矢量控制算法的代码模型设计55-58
• 4.2.3 故障监测控制设计58-59
• 4.2.4 电流环调节器的设计59-60
• 4.2.5 速度环 ADRC 调节器的设计60-61
• 4.2.6 CAN 通信控制算法61-62
• 4.3 代码自动生成、跟踪与优化62-69
• 4.3.1 代码自动生成62-65
• 4.3.2 代码跟踪65-67
• 4.3.3 代码优化67-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 实验结果与分析70-82
• 5.1 电机控制实验测试平台70-73
• 5.2 车用永磁同步电机调速实验及结果分析73-81
• 5.2.1 空载启动实验74-76
• 5.2.2 突加负载实验76-78
• 5.2.3 加速实验78-80
• 5.2.4 加随机负载扰动实验80-81
• 5.3 本章小结81-82
• 第6章 工作总结与展望82-84
• 6.1 主要工作和创新点82-83
• 6.2 后续研究工作83-84
• 参考文献84-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 银英君;林荣文;;基于Simulink永磁同步电机矢量控制系统仿真[J];东方电气评论;2010年02期

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本文编号：709459