基于随机位置脉宽调制的电动汽车用异步电机转矩脉动抑制方法研究
发布时间：2022-01-20 17:10
电动汽车作为一种新能源汽车,在汽车工业领域发展迅速,已逐渐有替代燃油汽车的趋势。异步电动机凭借着结构简单、效率高、成本低廉等优点,被广泛用作为电动汽车的车载电机。但其存在的转矩脉动问题,极大的影响了电动汽车的发展。为了解决电动汽车用异步电机的转矩脉动问题,本文从谐波的频谱分布入手,采用随机PWM脉宽调制技术,使逆变器输出的集簇谐波能量均匀分布于较宽的频带范围内。研究结果表明此方法可以有效抑制谐波,减小转矩脉动。本文主要内容如下:首先,建立异步电机矢量控制模型,分析了空间矢量PWM在开关频率整数倍频率处出现谐波集簇的原因。建立输出转矩模型,研究了谐波对于转矩脉动的影响。其次,分析比较了三种不同的随机PWM调制策略,根据三种不同随机PWM调制策略的优缺点,选择合适的随机PWM调制策略用于本文方法中。再次,研究了不同随机量概率分布对产生随机数的影响,分析了几种产生随机数的方法,建立了基于马尔科夫链的随机数发生器,并与普通随机数发生器进行对比,验证了该发生器的优越性。然后,引入了一种基于马尔科夫链的随机脉冲位置空间矢量PWM脉宽调制策略,分析不同随机数范围对谐波抑制的影响,设计三种不同随机脉冲...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转子定向矢量控制图
为固定开关频率空间矢量脉宽调制。空间矢量脉宽调制是在规则采样PWM的基础上改进的一种优化调制算法，具有计算简单以及实时控制容易的优点。SVPWM的主要思想是通过改变逆变器的不同开关模式，使其形成的实际磁链矢量追踪三相异步电机内部的定子理想磁链圆。与传统SPWM相比，空间矢量脉宽调制算法模型更为简单，易于进行实时控制。因为SVPWM调制策略每次对开关进行切换只需一个器件，故可以减小开关损耗。同时SVPWM可以比SPWM多输出15%的直流电压。SVPWM调制的核心在于切换逆变器的开关模式，其逆变器中的三相逆变桥示意图如图2.2所示。图2.2三相逆变桥示意图Figure2.2Schematicdiagramofthree-phaseinverterbridge三相逆变桥上下桥臂皆为可控元器件，但上下桥臂不能同时导通，否则会出现短路现象，损坏元器件。如图2.2所示aq和aq就不能同时导通。通过三相逆变桥的六个功率器件的开闭进行排列组合，可以得到8个不同的开关状态，即100、110、001、010、011、101、111、000。其中，前六个代表着有效状态，后面两个是零矢量状态，主要是用来弥补前六个状态造成的时间分配不足。根据面积等效原理，当输出电压矢量Vref位于哪个扇区时，在一个采样周期内，其输出电压矢量值都可以用这个扇区相邻的两个非零电压矢量（V1和V2）以及两个零矢量（V0和V7）进行合成得到。设两个非零电压矢量（V1和V2）的
安徽大学硕士学位论文11作用时间分别为T1、T2，以及两个零矢量共同作用的时间为T0。以第一扇区为例，其电压空间矢量合成原理图如图2.3所示。图2.3矢量合成示意图Figure2.3SchematicdiagramofvectorsynthesisT1、T2和T0分别代表基本电压矢量V1、V2和基本零电压矢量V000和V111的有效作用时间。各个电压空间矢量的时间T1、T2和T0，计算如下：12012sin()32sin()3sin2sin()323refscrefscsdccVTTVVTTVTTTTVV(2.4)式中Vdc是母线电压，Vref是电压参考矢量，Ts是开关周期SVPWM调制策略通过几个非零矢量和两个零矢量共同作用产生调制波形，而SPWM则是通过正弦信号与载波进行切割产生调制波形，相比而言，SVPWM调制策略更适合应用于数字化控制中。同时，SVPWM调制策略对于母线电压的利用率高于SPWM调制策略。这也是SVPWM调制策略代替SPWM调制策略被广泛应用重要原因。SVPWM调制策略遵循着面积等效原理，其输出的向量与开关顺序无关。为了降低调制频率、减小开关损耗，零矢量的选择至关重要。在SVPWM调制策略中零矢量分为U000和U111两种，当两者作用时间一致时，即零矢量分配因子为0.5时，其调制频率与开关损耗最低。此时，每个基本空间矢量作用时间关于中心线对称，使得输出的PWM波形关于中心线左右对称。如下图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PMSM的2种矢量控制仿真对比研究[J]. 玄兆燕,刘倩,景会成,赵欣,闫建行. 华北理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究[J]. 张强,王勇,苟铖. 电测与仪表. 2019(07)
[3]改进自抗扰的永磁同步电机直接转矩控制无传感系统研究[J]. 韩晔,厉虹. 电机与控制应用. 2017(04)
[4]基于AWC算法的随机周期PWM实现方法研究[J]. 常广晖,张超杰,段正强. 测控技术. 2016(09)
[5]基于电压注入的高速永磁电机谐波电流抑制方法[J]. 刘刚,张强,毛琨. 电机与控制学报. 2016(07)
[6]基于BP神经网络的PWM整流器[J]. 崔义森. 中国科技信息. 2015(Z4)
[7]改进的变延时随机PWM共模电压抑制策略[J]. 周娟,杨宇,唐慧英,张彦兵. 电力电子技术. 2015(07)
[8]永磁同步电机用坐标变换的电流谐波抑制方法[J]. 刘刚,孙庆文,肖烨然. 电机与控制学报. 2015(05)
[9]谐波电流最小同步优化脉宽调制策略研究[J]. 马逊,李耀华,葛琼璇,任晋旗,赵鲁,赵震. 中国电机工程学报. 2015(05)
[10]基于前馈补偿的永磁同步电机电流谐波抑制方法[J]. 李毅拓,陆海峰,瞿文龙,盛爽. 清华大学学报(自然科学版). 2012(03)
硕士论文
[1]基于无差拍控制的异步电机模型预测转矩控制研究[D]. 张希扬.浙江大学 2019
[2]电动汽车用异步电机SVM-DTC技术研究[D]. 金国义.哈尔滨理工大学 2018
[3]异步电机随机零矢量控制方法研究[D]. 杭兵.安徽大学 2017
[4]小功率电动汽车用异步电机控制策略研究[D]. 王婷婷.浙江大学 2016
本文编号：3599210
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
转子定向矢量控制图
为固定开关频率空间矢量脉宽调制。空间矢量脉宽调制是在规则采样PWM的基础上改进的一种优化调制算法，具有计算简单以及实时控制容易的优点。SVPWM的主要思想是通过改变逆变器的不同开关模式，使其形成的实际磁链矢量追踪三相异步电机内部的定子理想磁链圆。与传统SPWM相比，空间矢量脉宽调制算法模型更为简单，易于进行实时控制。因为SVPWM调制策略每次对开关进行切换只需一个器件，故可以减小开关损耗。同时SVPWM可以比SPWM多输出15%的直流电压。SVPWM调制的核心在于切换逆变器的开关模式，其逆变器中的三相逆变桥示意图如图2.2所示。图2.2三相逆变桥示意图Figure2.2Schematicdiagramofthree-phaseinverterbridge三相逆变桥上下桥臂皆为可控元器件，但上下桥臂不能同时导通，否则会出现短路现象，损坏元器件。如图2.2所示aq和aq就不能同时导通。通过三相逆变桥的六个功率器件的开闭进行排列组合，可以得到8个不同的开关状态，即100、110、001、010、011、101、111、000。其中，前六个代表着有效状态，后面两个是零矢量状态，主要是用来弥补前六个状态造成的时间分配不足。根据面积等效原理，当输出电压矢量Vref位于哪个扇区时，在一个采样周期内，其输出电压矢量值都可以用这个扇区相邻的两个非零电压矢量（V1和V2）以及两个零矢量（V0和V7）进行合成得到。设两个非零电压矢量（V1和V2）的
安徽大学硕士学位论文11作用时间分别为T1、T2，以及两个零矢量共同作用的时间为T0。以第一扇区为例，其电压空间矢量合成原理图如图2.3所示。图2.3矢量合成示意图Figure2.3SchematicdiagramofvectorsynthesisT1、T2和T0分别代表基本电压矢量V1、V2和基本零电压矢量V000和V111的有效作用时间。各个电压空间矢量的时间T1、T2和T0，计算如下：12012sin()32sin()3sin2sin()323refscrefscsdccVTTVVTTVTTTTVV(2.4)式中Vdc是母线电压，Vref是电压参考矢量，Ts是开关周期SVPWM调制策略通过几个非零矢量和两个零矢量共同作用产生调制波形，而SPWM则是通过正弦信号与载波进行切割产生调制波形，相比而言，SVPWM调制策略更适合应用于数字化控制中。同时，SVPWM调制策略对于母线电压的利用率高于SPWM调制策略。这也是SVPWM调制策略代替SPWM调制策略被广泛应用重要原因。SVPWM调制策略遵循着面积等效原理，其输出的向量与开关顺序无关。为了降低调制频率、减小开关损耗，零矢量的选择至关重要。在SVPWM调制策略中零矢量分为U000和U111两种，当两者作用时间一致时，即零矢量分配因子为0.5时，其调制频率与开关损耗最低。此时，每个基本空间矢量作用时间关于中心线对称，使得输出的PWM波形关于中心线左右对称。如下图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PMSM的2种矢量控制仿真对比研究[J]. 玄兆燕,刘倩,景会成,赵欣,闫建行. 华北理工大学学报(自然科学版). 2020(01)
[2]基于电压补偿的低速永磁电机谐波抑制控制策略研究[J]. 张强,王勇,苟铖. 电测与仪表. 2019(07)
[3]改进自抗扰的永磁同步电机直接转矩控制无传感系统研究[J]. 韩晔,厉虹. 电机与控制应用. 2017(04)
[4]基于AWC算法的随机周期PWM实现方法研究[J]. 常广晖,张超杰,段正强. 测控技术. 2016(09)
[5]基于电压注入的高速永磁电机谐波电流抑制方法[J]. 刘刚,张强,毛琨. 电机与控制学报. 2016(07)
[6]基于BP神经网络的PWM整流器[J]. 崔义森. 中国科技信息. 2015(Z4)
[7]改进的变延时随机PWM共模电压抑制策略[J]. 周娟,杨宇,唐慧英,张彦兵. 电力电子技术. 2015(07)
[8]永磁同步电机用坐标变换的电流谐波抑制方法[J]. 刘刚,孙庆文,肖烨然. 电机与控制学报. 2015(05)
[9]谐波电流最小同步优化脉宽调制策略研究[J]. 马逊,李耀华,葛琼璇,任晋旗,赵鲁,赵震. 中国电机工程学报. 2015(05)
[10]基于前馈补偿的永磁同步电机电流谐波抑制方法[J]. 李毅拓,陆海峰,瞿文龙,盛爽. 清华大学学报(自然科学版). 2012(03)
硕士论文
[1]基于无差拍控制的异步电机模型预测转矩控制研究[D]. 张希扬.浙江大学 2019
[2]电动汽车用异步电机SVM-DTC技术研究[D]. 金国义.哈尔滨理工大学 2018
[3]异步电机随机零矢量控制方法研究[D]. 杭兵.安徽大学 2017
[4]小功率电动汽车用异步电机控制策略研究[D]. 王婷婷.浙江大学 2016
本文编号：3599210
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