车用电机驱动系统的设计及可靠性研究
发布时间：2021-04-19 07:42
电机驱动系统作为电动汽车的动力核心,极大地影响整车的动力性和可靠性。车载环境较为复杂,对电机驱动系统的可靠性要求很高。本文依托某电动整车项目,设计与之匹配的电机驱动系统,并对该系统进行可靠性分析和研究,针对可靠性关键特性和软硬件进行了优化设计。本文的主要研究工作如下:首先,本文建立永磁同步电机的数学模型,对永磁同步电机的控制方法进行比较分析,对矢量控制和脉宽调制技术进行研究学习。针对电机驱动系统可靠性的研究需求,对可靠性指标和分析方法进行研究。依据项目电动汽车的系统要求,对电机驱动系统的动力参数进行匹配。其次,本文完成电机驱动系统的软硬件设计。依据电机驱动系统的基本原理,完成整个系统硬件的原理框图设计,并基于TMS320F28035分模块完成主控制单元、检测电路、逆变器与驱动、通信单元以及辅助电源模块的元器件选型和电路设计;基于矢量控制方法基本原理,完成磁场定向控制算法、空间矢量脉宽调制和A/D中断的程序设计。然后,本文对电机驱动系统的可靠性进行研究分析。采用FMEA和FTA分析相结合,建立了各模块的故障树以及元件失效表格,完成电机驱动系统可靠性的定性分析;采用应力分析法,结合元件可靠...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国新能源汽车产量规划
13智能控制主要是从控制精度和性能方面考虑的控制策略，多采用模糊控制、神经网络控制和传统电机控制策略相结合，应用于同步电机。电机驱动系统中，智能控制处于多环控制结构中的最外环，一般充当速度控制器，其他的内环控制仍然采用传统的控制方法，速度环是影响电机驱动系统性能的根本因素，外环采用智能控制有利于抑制内环控制因为扰动带来的误差。采用矢量控制的电机，转矩相对平稳、波动较小，有较宽的调速范围，可稳定运行在较低转速，在启动和爬坡的过程中，有较高的过载转矩，可以提高电动汽车动力性和可靠性，从而提高整车的性能[43]。相比于矢量控制，直接转矩控制在转矩响应和动态性能方面更加优秀，但是直接转矩控制转矩不够平稳，特别是电动汽车在低速行驶状态下，直接转矩控制的驱动电机十分不稳定，所以电机驱动领域，传统的直接转矩控制运用较少，目前国内电动汽车上永磁同步电机驱动系统多采用矢量控制[44]。永磁同步电机的矢量控制方法主要有：=0di的控制，最大转矩控制/电流控制、弱磁控制和最大输出功率控制等[45]。本文采用=0di矢量控制，原理如图2-1所示，主要由电流检测模块、转子位置和速度检测模块、PID控制模块、坐标变换模块以及SVPWM生成模块组成。图2-1永磁同步电机矢量控制原理图永磁同步电机的电压和电磁转矩方程，可以反映电机驱动系统的控制性能。磁转矩方程作为转子速度的函数方程，电磁场随转子旋转过程中，也会随时间变化。该电磁场是有三相电流合成的，并根据各项电流的变化，该电磁场进行旋转。但是，每相相电流产生的磁场方向与其它相电流产生的并不相交，不便于分析计算，通常采用Clark变换，将相电流三相转换到两相系统中，目前矢量控制常用
14的坐标变换还有Park变换[46]。图2-2Clark变换Clark变换如图2-2所示，将相电流从坐标系变换到静止的αβ的坐标系中，这样就变成正交的两相矢量，根据上图所示，之间有120°的夹角，可以得出Clark变换的表达式为：0111222330322111222αβ=ABCIIIIII（2-16）图2-3Park变换
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策[J]. 马建,刘晓东,陈轶嵩,汪贵平,赵轩,贺伊琳,许世维,张凯,张一西. 中国公路学报. 2018(08)
[2]电动汽车中异步电机控制器硬件电路设计[J]. 魏洁菲,易映萍. 电源技术. 2016(10)
[3]坐标变换系数的选取及对电机控制算法的影响[J]. 陈晟伟,鲁力,姜淑忠. 电机与控制应用. 2016(04)
[4]电子产品可靠性预计方法综述[J]. 骆明珠,康锐,刘法旺. 电子科学技术. 2014(02)
[5]电动车驱动电机发展现状[J]. 柴海波,鄢治国,况明伟,吴建东. 微特电机. 2013(04)
[6]电动汽车电机驱动技术现状与发展综述[J]. 温旭辉. 电力电子. 2013(02)
[7]电动汽车常用驱动电机分析[J]. 王莹. 科协论坛(下半月). 2013(03)
[8]电动汽车关键技术发展综述[J]. 王丹,续丹,曹秉刚. 中国工程科学. 2013(01)
[9]基于可靠性框图的可靠性建模研究[J]. 陈志诚,齐欢,魏军,冯亮. 工程设计学报. 2011(06)
[10]电动汽车用永磁同步电机的发展分析[J]. 彭海涛,何志伟,余海阔. 微电机. 2010(06)
博士论文
[1]基于出行特征的纯电驱动客车储能系统设计与能效优化[D]. 张晓斌.清华大学 2017
[2]中国新能源汽车产业联盟技术创新研究[D]. 王静宇.北京交通大学 2017
[3]电动汽车永磁同步电机驱动系统故障诊断与容错技术研究[D]. 杜博超.哈尔滨工业大学 2016
[4]一种混联式混合动力客车能量管理及模式切换协调控制研究[D]. 王磊.上海交通大学 2013
[5]纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究[D]. 黄万友.山东大学 2012
[6]三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D]. 安群涛.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于STM32嵌入式系统的电机驱动控制与可靠性分析[D]. 张志威.电子科技大学 2017
[2]机电系统动态可靠性建模与评估方法研究[D]. 柳纯.东南大学 2015
[3]无刷直流电机驱动系统的可靠性研究[D]. 商艳凤.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于模型的电动汽车用永磁同步驱动电机控制器研究[D]. 任晨佳.清华大学 2014
[5]基于英飞凌Tricore的电动汽车永磁同步电机控制器研究[D]. 邹亮亮.长安大学 2014
[6]电动汽车PWM驱动电机系统EMC研究[D]. 龙海清.重庆大学 2014
[7]基于PIC的小型纯电动教练车电机控制器研究[D]. 段艳妮.长安大学 2013
[8]电动汽车电机驱动控制系统的可靠性研究[D]. 江静静.武汉理工大学 2012
[9]电动汽车永磁同步驱动电机控制方法的研究[D]. 江哲懿.清华大学 2012
[10]多永磁同步电机同步控制策略的研究[D]. 刘坤.中南大学 2011
本文编号：3147135
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国新能源汽车产量规划
13智能控制主要是从控制精度和性能方面考虑的控制策略，多采用模糊控制、神经网络控制和传统电机控制策略相结合，应用于同步电机。电机驱动系统中，智能控制处于多环控制结构中的最外环，一般充当速度控制器，其他的内环控制仍然采用传统的控制方法，速度环是影响电机驱动系统性能的根本因素，外环采用智能控制有利于抑制内环控制因为扰动带来的误差。采用矢量控制的电机，转矩相对平稳、波动较小，有较宽的调速范围，可稳定运行在较低转速，在启动和爬坡的过程中，有较高的过载转矩，可以提高电动汽车动力性和可靠性，从而提高整车的性能[43]。相比于矢量控制，直接转矩控制在转矩响应和动态性能方面更加优秀，但是直接转矩控制转矩不够平稳，特别是电动汽车在低速行驶状态下，直接转矩控制的驱动电机十分不稳定，所以电机驱动领域，传统的直接转矩控制运用较少，目前国内电动汽车上永磁同步电机驱动系统多采用矢量控制[44]。永磁同步电机的矢量控制方法主要有：=0di的控制，最大转矩控制/电流控制、弱磁控制和最大输出功率控制等[45]。本文采用=0di矢量控制，原理如图2-1所示，主要由电流检测模块、转子位置和速度检测模块、PID控制模块、坐标变换模块以及SVPWM生成模块组成。图2-1永磁同步电机矢量控制原理图永磁同步电机的电压和电磁转矩方程，可以反映电机驱动系统的控制性能。磁转矩方程作为转子速度的函数方程，电磁场随转子旋转过程中，也会随时间变化。该电磁场是有三相电流合成的，并根据各项电流的变化，该电磁场进行旋转。但是，每相相电流产生的磁场方向与其它相电流产生的并不相交，不便于分析计算，通常采用Clark变换，将相电流三相转换到两相系统中，目前矢量控制常用
14的坐标变换还有Park变换[46]。图2-2Clark变换Clark变换如图2-2所示，将相电流从坐标系变换到静止的αβ的坐标系中，这样就变成正交的两相矢量，根据上图所示，之间有120°的夹角，可以得出Clark变换的表达式为：0111222330322111222αβ=ABCIIIIII（2-16）图2-3Park变换
【参考文献】：
期刊论文
[1]中国新能源汽车产业与技术发展现状及对策[J]. 马建,刘晓东,陈轶嵩,汪贵平,赵轩,贺伊琳,许世维,张凯,张一西. 中国公路学报. 2018(08)
[2]电动汽车中异步电机控制器硬件电路设计[J]. 魏洁菲,易映萍. 电源技术. 2016(10)
[3]坐标变换系数的选取及对电机控制算法的影响[J]. 陈晟伟,鲁力,姜淑忠. 电机与控制应用. 2016(04)
[4]电子产品可靠性预计方法综述[J]. 骆明珠,康锐,刘法旺. 电子科学技术. 2014(02)
[5]电动车驱动电机发展现状[J]. 柴海波,鄢治国,况明伟,吴建东. 微特电机. 2013(04)
[6]电动汽车电机驱动技术现状与发展综述[J]. 温旭辉. 电力电子. 2013(02)
[7]电动汽车常用驱动电机分析[J]. 王莹. 科协论坛(下半月). 2013(03)
[8]电动汽车关键技术发展综述[J]. 王丹,续丹,曹秉刚. 中国工程科学. 2013(01)
[9]基于可靠性框图的可靠性建模研究[J]. 陈志诚,齐欢,魏军,冯亮. 工程设计学报. 2011(06)
[10]电动汽车用永磁同步电机的发展分析[J]. 彭海涛,何志伟,余海阔. 微电机. 2010(06)
博士论文
[1]基于出行特征的纯电驱动客车储能系统设计与能效优化[D]. 张晓斌.清华大学 2017
[2]中国新能源汽车产业联盟技术创新研究[D]. 王静宇.北京交通大学 2017
[3]电动汽车永磁同步电机驱动系统故障诊断与容错技术研究[D]. 杜博超.哈尔滨工业大学 2016
[4]一种混联式混合动力客车能量管理及模式切换协调控制研究[D]. 王磊.上海交通大学 2013
[5]纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究[D]. 黄万友.山东大学 2012
[6]三相电机驱动系统中逆变器障诊断与容错控制策略研究[D]. 安群涛.哈尔滨工业大学 2011
硕士论文
[1]基于STM32嵌入式系统的电机驱动控制与可靠性分析[D]. 张志威.电子科技大学 2017
[2]机电系统动态可靠性建模与评估方法研究[D]. 柳纯.东南大学 2015
[3]无刷直流电机驱动系统的可靠性研究[D]. 商艳凤.哈尔滨工业大学 2014
[4]基于模型的电动汽车用永磁同步驱动电机控制器研究[D]. 任晨佳.清华大学 2014
[5]基于英飞凌Tricore的电动汽车永磁同步电机控制器研究[D]. 邹亮亮.长安大学 2014
[6]电动汽车PWM驱动电机系统EMC研究[D]. 龙海清.重庆大学 2014
[7]基于PIC的小型纯电动教练车电机控制器研究[D]. 段艳妮.长安大学 2013
[8]电动汽车电机驱动控制系统的可靠性研究[D]. 江静静.武汉理工大学 2012
[9]电动汽车永磁同步驱动电机控制方法的研究[D]. 江哲懿.清华大学 2012
[10]多永磁同步电机同步控制策略的研究[D]. 刘坤.中南大学 2011
本文编号：3147135
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