电动汽车用永磁同步轮毂电机转矩跟踪控制

发布时间：2017-10-09 02:11

  本文关键词：电动汽车用永磁同步轮毂电机转矩跟踪控制

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【摘要】：为摆脱对不可再生的石油能源的依赖和减少对空气的污染量，汽车行业一直在努力研发更为先进可靠的电动汽车。电动汽车与传统燃油汽车的最大区别在于采用由电池能源供电的电机驱动系统，目前有集中式驱动和分布式驱动。轮毂电机驱动技术因其节省空间和提高汽车整车控制性能等优点，成为当前热门研究对象。本文基于整车以转矩需求为中心的控制策略，，确定了对轮毂电机进行转矩跟踪控制的研究。本文主要解决轮毂电机力矩精确控制问题，以满足电动汽车良好的驾驶性能。 本文针对电动汽车对轮毂电机提出的启动转矩大、功率密度大、可靠性高等性能要求，选择具有功率密度高、转矩性能好和过载能力强等优点的永磁同步电机（PMSM）作为轮毂电机的电机本体，并对轮毂电机和永磁同步电机的机械结构做详细介绍。为了解和简化PMSM的数学模型，本文利用坐标转换原理将PMSM在ABC三相数学模型分别转换为αβ轴数学模型和dq轴数学模型。 本文针对目前发展和应用最为成熟的矢量控制算法（FOC）和直接转矩控制算法（DTC）进行理论分析和实验对比，可知矢量控制算法能稳定控制电机，但算法中的坐标变换增加了算法的计算量，需要实时监测电机位置；直接转矩控制算法能快速控制电机，但同时存在转矩脉动大、控制稳定性较弱的特点。本文决定将两种算法的优点相结合，并利用更先进的估计算法和控制算法设计出可以实现快速并精确控制电机的算法。 本文的主要创新点： 1.本文采用EKF算法搭建DTC中的磁链估计器。针对PMSM具有的非线性、强耦合及参数不确定特点，EKF算法具有比传统DTC中纯积分估计器更强的抗干扰性，并且可以避免纯积分固有的误差累计及积分饱和问题，估计更精确，动态性能更好。 2.本文将FOC算法中的SVM技术应用到传统DTC中，代替开关表查询模块。传统开关表查询只在单位采样时间发送一个基本电压单位矢量，对电机进行近似控制，SVM通过单位电压矢量间的合成来给电机输出合适的控制电压，可以改善传统开关表所带来的磁链、转矩脉动问题。 3.本文针对永磁同步电机非线性、强耦合及参数不确定特点，采用先进的非线性控制算法“三步法”对电机进行控制。三步法控制算法包含稳态控制环节、前馈控制环节和误差反馈控制环节，层层递进，控制结构严谨，三步法控制增益可随系统状态而变，对电机运行在不同工作状态中具有一定的自调节功能，鲁棒性强，提高对电机的控制性能，更好的实现快速精确的转矩跟踪控制目标。
【关键词】：轮毂电机 转矩跟踪控制 永磁同步电机 矢量控制 直接转矩控制 扩展卡尔曼 三步法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM341;U469.72
【目录】：

• 前言4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 插图目录11-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 课题背景及研究意义13-14
• 1.2 轮毂电机驱动系统14-18
• 1.3 轮毂电机控制研究现状18-21
• 1.4 本文的主要研究内容21-23
• 第2章 永磁同步轮毂电机工作原理及模型23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 永磁同步轮毂电机转矩控制策略23-24
• 2.3 永磁同步轮毂电机结构24-26
• 2.4 永磁同步轮毂电机数学模型26-33
• 2.4.1 永磁同步电机三相静止坐标系下数学模型26-28
• 2.4.2 坐标变换28-32
• 2.4.3 永磁同步电机在两相静止坐标系下的数学模型32-33
• 2.4.4 永磁同步电机在两相旋转坐标系下的数学模型33
• 2.5 本章小结33-35
• 第3章 永磁同步轮毂电机传统控制算法对比35-57
• 3.1 引言35
• 3.2 矢量控制算法35-45
• 3.2.1 矢量控制原理35-41
• 3.2.2 电流解耦控制器设计41-45
• 3.3 直接转矩控制算法45-50
• 3.4 矢量控制算法和直接转矩控制算法对比50-53
• 3.4.1 FOC和DTC理论分析对比50
• 3.4.2 FOC和DTC仿真实验对比50-53
• 3.5 转矩脉动分析及影响53-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第4章 永磁同步轮毂电机非线性控制系统设计57-77
• 4.1 引言57
• 4.2 非线性转矩跟踪控制方案提出57-58
• 4.3 扩展卡尔曼估计器设计58-67
• 4.3.1 扩展卡尔曼估计器59-65
• 4.3.2 EKF-DTC系统仿真实验及结果分析65-67
• 4.4 基于三步法永磁同步电机转矩跟踪控制器设计67-73
• 4.4.1 三步法原理67-70
• 4.4.2 三步法控制器设计70-73
• 4.5 永磁同步轮毂电机控制系统仿真工况实验及结果分析73-76
• 4.6 本章小结76-77
• 第5章 全文总结及展望77-79
• 参考文献79-85
• 作者简介及研究成果85-87
• 致谢87

【参考文献】

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1 田淳,胡育文;永磁同步电机直接转矩控制系统理论及控制方案的研究[J];电工技术学报;2002年01期

2 刘军,楚小刚,白华煜;基于参考磁链电压空间矢量调制策略的永磁同步电机直接转矩控制研究[J];电工技术学报;2005年06期

3 朱曰莹;王大方;赵桂范;辛明;;电动车用开关磁阻电机转矩控制器设计与优化[J];电机与控制学报;2010年02期

4 郎宝华;刘卫国;周熙炜;贺虎成;;基于定子磁链全维状态观测器的直接转矩控制[J];电力电子技术;2007年11期

5 冯江华;桂卫华;;永磁同步电动机定子磁链观测方法研究[J];电气传动;2008年06期

6 崔晶;;基于ESO磁链观测器的直接转矩控制的研究[J];电子设计工程;2009年08期

7 卢东斌;欧阳明高;谷靖;李建秋;;电动汽车永磁无刷轮毂电机磁场定向控制[J];电机与控制学报;2012年11期

8 胡育文,田淳,游志青,汤立新,M.F.Rahman;无速度传感器永磁同步电机直接转矩控制系统(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2003年02期

9 闫大伟,陈世元;电动汽车驱动电机性能比较[J];汽车电器;2004年02期

10 郭建龙;陈世元;;电动汽车驱动用电机的选择[J];汽车电器;2007年01期

本文编号：997565