电动汽车用永磁电机及驱动控制研究

发布时间：2017-09-05 22:05

  本文关键词：电动汽车用永磁电机及驱动控制研究

  更多相关文章： 永磁电机 外转子永磁轮毂电机 内置式永磁同步电机 有限元 非线性参数 查表法最大转矩电流比控制 弱磁控制

【摘要】：随着能源短缺和环境污染的问题愈演愈烈,发展电动汽车产业已成为汽车工业的主要研究方向,而电机驱动系统作为电动汽车机电能量变换的核心部件,具有重要研究意义。在各类电机中,永磁电机因具有高功率密度和高效率等明显优势,在中小型电动汽车领域获得广泛的应用。本文针对电动汽车用永磁电机驱动系统,以增强电机弱磁能力和提高控制性能为出发点,从电机设计和控制策略两方面进行研究,旨在提出一种易于弱磁的外转子永磁轮毂电机结构和一套动态响应快,可靠性高的控制算法,主要包括以下内容:首先,针对表贴式永磁轮毂电机弱磁困难的缺陷,本文提出了一种转子永磁段与磁阻段圆周向交替分布的新结构交替极外转子永磁轮毂电机,通过加大电机的电枢反应来扩大电机的弱磁能力。在槽极匹配的选取上,以9/4和9/5两种电机进行对比分析,发现9/5极单元电机绕组具有一致性和互补性的特点,从而理论上解释了9/5电机永磁磁链和电感曲线高度正弦的本质原因,并进行有限元仿真验证。在齿槽转矩的优化上,与常规电机对比,分析新结构电机磁钢厚度、极弧系数等重要参数对齿槽转矩的影响,分析变化规律,提出了以弧形铁心极进一步优化齿槽转矩的方法。其次,分析新结构电机的数学模型,利用有限元软件分析电机参数的非线性变化并介绍了参数测试方法。利用Matlab Simulink建立轮毂电机的非线性参数模型,在基于一套完整的控制系统的基础上仿真验证出新电机的弱磁扩速能力可达基速的2.5倍以上。接着,针对内置式永磁同步电机运行时参数的非线性变化,为提高控制系统的准确性和鲁棒性,提出查表法最大转矩电流比控制;为改善电机高速弱磁时系统的动态响应和可靠性,提出基于电压反馈复合电流前馈的弱磁控制策略,在电压反馈调节弱磁给定电流的基础上加上弱磁电流的前馈计算使动态响应迅速,并通过Matlab仿真验证了控制策略的可行性。最后,完成基于DSP2812软件程序设计,搭建待测电机5Kw、陪侍电机11Kw的对拖实验平台。完成样机d-q轴电感的非线性测试,进行电机基速2000rpm带载额定转矩30N.m、突加突卸载、弱磁升速至4000rpm带载14N.m等实验,完成指标扩速比达到基速2倍。实验验证本课题采用的控制策略具有有效性和可靠性,基本满足电动汽车驱动要求。
【关键词】：永磁电机 外转子永磁轮毂电机 内置式永磁同步电机 有限元 非线性参数 查表法最大转矩电流比控制 弱磁控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM351
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-14
• 注释表14-15
• 缩略词15-16
• 第一章 绪论16-27
• 1.1 课题背景及意义16-17
• 1.2 电动汽车的发展现状17-19
• 1.2.1 国外电动汽车发展现状17-18
• 1.2.2 国内电动汽车发展现状18-19
• 1.3 电动汽车驱动电机概述19-22
• 1.3.1 电动汽车驱动电机特点及类型19-20
• 1.3.2 电动汽车用传统永磁同步电机的研究现状20-21
• 1.3.3 电动汽车用轮毂永磁电机的研究现状21-22
• 1.4 电动汽车用永磁同步电机控制技术研究现状22-25
• 1.4.1 永磁同步电机控制方法22-23
• 1.4.2 弱磁控制的发展23
• 1.4.3 外转子永磁轮毂电机弱磁控制的研究现状23-25
• 1.4.4 内置式永磁同步电机弱磁控制的主要问题25
• 1.5 论文主要研究内容25-27
• 第二章 新结构外转子永磁轮毂电机结构及特性分析27-46
• 2.1 引言27-28
• 2.2 新结构（交替极）永磁轮毂电机的结构特点28-33
• 2.2.1 传统的表贴外转子永磁电机28
• 2.2.2 复合转子结构的永磁电机28-30
• 2.2.3 新结构（交替极）永磁轮毂电机基本结构30-33
• 2.3 新结构（交替极）永磁电机关键参数的优化33-43
• 2.3.1 新电机基本参数33
• 2.3.2 槽极匹配选择33-38
• 2.3.3 易于弱磁的电机参数分析38-40
• 2.3.4 齿槽转矩优化设计40-43
• 2.4 新结构（交替极）电机与传统表贴电机的电磁特性比较43-45
• 2.4.1 直轴电感43-45
• 2.4.2 额定情况下转矩大小45
• 2.5 本章小结45-46
• 第三章 新结构永磁电机的数学模型及非线性参数测试46-53
• 3.1 引言46
• 3.2 新结构永磁电机的数学模型46-48
• 3.3 新结构永磁电机的矢量控制原理48-49
• 3.4 永磁电机的非线性参数测试49-52
• 3.4.1 有限元方法对定子交直轴电感的求取49
• 3.4.2 永磁电机定子参数离线辨识方法49-51
• 3.4.3 定子参数实验测试结果51-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 永磁电机驱动控制研究53-66
• 4.1 引言53
• 4.2 永磁同步电机的矢量控制策略53-54
• 4.2.10di = 控制53
• 4.2.2 最大转矩/电流控制53-54
• 4.2.3 弱磁控制54
• 4.3 MTPA控制方法54-56
• 4.3.1 公式计算法的MTPA控制54-55
• 4.3.2 基于查表法的MTPA控制55-56
• 4.4 弱磁控制原理及方法56-65
• 4.4.1.弱磁控制的电压电流限制圆轨迹56-57
• 4.4.2 弱磁控制的三个运行区57-61
• 4.4.3 永磁电机弱磁调速原理61-62
• 4.4.4 基于电压反馈复合前馈弱磁控制策略62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 永磁电机驱动控制仿真验证66-77
• 5.1 引言66
• 5.2 新结构外转子永磁轮毂电机基于非线性模型的仿真验证66-71
• 5.2.1 轮毂电机非线性模型的建立66-68
• 5.2.2 轮毂电机非线性模型的仿真验证68-70
• 5.2.3 新结构轮毂电机与常规直驱永磁轮毂电机弱磁能力对比的仿真验证70-71
• 5.3 内置式永磁同步电机的驱动控制的仿真验证71-76
• 5.3.0 电机参数71
• 5.3.1 查表法MTPA中最大转矩角的有限元仿真71-73
• 5.3.2 控制算法仿真模型的建立73-74
• 5.3.3 MTPA控制仿真结果74-75
• 5.3.4 弱磁控制仿真结果75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 电动汽车用内置式永磁同步电机的控制系统的实验验证77-87
• 6.1 引言77-78
• 6.2 MTPA曲线测试78-80
• 6.2.1 测试系统软件结构78
• 6.2.2 实验结果及分析78-80
• 6.3 查表法MTPA控制80-83
• 6.3.1 软件结构设计80-81
• 6.3.2 实验结果及分析81-83
• 6.4 弱磁控制83-86
• 6.4.1 软件结构设计83-84
• 6.4.2 实验结果及分析84-86
• 6.5 本章小结86-87
• 第七章 总结与展望87-89
• 7.1 全文工作总结87
• 7.2 后续工作展望87-89
• 参考文献89-92
• 致谢92-93
• 攻读硕士学位期间发表的论文93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 韩华明;罗靖;;新能源汽车:政策下的“宠儿”[J];中国石化;2013年09期

2 王晓远;李志明;;分数槽绕组永磁同步电机不平衡磁拉力的分析[J];微电机;2013年02期

3 蒋瑛;罗明志;;中国原油进口对国际油价波动的影响及其战略转型研究[J];四川大学学报(哲学社会科学版);2012年06期

4 李周清;;外转子永磁轮毂电机的设计研究[J];机电工程技术;2012年03期

5 云洁;;我国新能源汽车产业发展概况及问题与思考[J];上海节能;2012年02期

6 程如烟;;各国政府支持电动汽车发展的最新举措和动向[J];科技进步与对策;2011年15期

7 杨方;张义斌;葛旭波;;中美日电动汽车发展趋势及特点分析[J];能源技术经济;2011年07期

8 辛凤影;王海博;;电动汽车发展现状与商业化前景分析[J];国际石油经济;2010年07期

9 刘吉柱;郝双晖;孙明冲;郑伟峰;郝明晖;;永磁同步轮毂电机设计及其弱磁控制研究[J];微电机;2010年02期

10 严岚,贺益康;复合转子永磁无刷直流电动机弱磁特性研究[J];电工技术学报;2004年03期

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 马明;我国汽车产业的产业关联及效率演进研究[D];吉林大学;2012年

2 陈学珍;新型ALA+SPM合式转子电机设计及实验研究[D];华中科技大学;2011年

3 宫海龙;高转矩永磁轮毂电机磁系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

4 吴世华;电动汽车用永磁同步电机设计方法及相关问题的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 郑维;混合动力汽车动力总成参数匹配方法与控制策略的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 费德成;HEV用永磁同步电机优化设计与系统性能分析[D];江苏大学;2008年

7 尹华杰;主轴永磁同步电机电磁结构及“弱磁”问题的研究[D];华中理工大学;1994年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 郑凯元;高性能永磁同步伺服系统的设计与实现[D];北方工业大学;2013年

2 姜颖异;基于DSP的永磁同步电机弱磁控制系统的研究[D];华南理工大学;2013年

3 高铭泽;中国新能源汽车产业研究[D];吉林大学;2013年

4 韩锦瑞;广东电网公司应对电动汽车发展的规划建设策略研究[D];华北电力大学;2013年

5 孙姣;经济快速发展条件下石油消费量对经济增长的影响[D];西南财经大学;2013年

6 吴应军;电动汽车用直驱式轮毂电机的研究[D];武汉理工大学;2012年

7 阮辉平;中国电动汽车产业发展研究[D];昆明理工大学;2012年

8 史骏;纯电动汽车驱动控制系统研究[D];长安大学;2011年

9 谷峪;电动汽车用永磁同步电机控制系统研究与设计[D];武汉理工大学;2007年

10 曹永娟;高性能永磁同步电机性能分析与设计[D];东南大学;2005年

，

本文编号：800428