车用内嵌式永磁同步电机无位置传感器鲁棒控制方法研究
发布时间：2022-10-22 16:56
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM）具有高效率、高功率密度、宽调速范围等优点,广泛应用于电动汽车等领域。PMSM无位置传感器控制不需位置传感器硬件,仅通过软件算法确定电机转子位置,即可实现电机运行控制。无位置传感器控制技术具有节省硬件成本、提高可靠性和减小安装空间、提升紧凑性及功率密度等优点,在车用电机控制中的应用具有广阔前景。由于实车运行过程中环境恶劣、工况复杂,具有时变、强耦合等非线性特性的车用PMSM尤其是内嵌式PMSM（Interior PMSM,IPMSM）的系统模型参数无可避免会发生变动。并且,外部噪声和系统自身的非线性效应等也会对IPMSM控制带来不利影响。在此情况下,准确的电机状态估计和良好的控制设计是IPMSM高性能控制的重要基础。本文对IPMSM控制系统开展了研究,并进行其无位置传感器控制方法的分析与设计,对车用IPMSM无位置传感器控制的研究与应用具有一定的参考意义。针对实车电机参数变动等问题,本文考虑系统模型参数不确定性等情况,建立IPMSM控制系统的数学模型以及两相静止坐标系下的IPMSM电气方程,设计...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 车用IPMSM控制系统
1.1.2 IPMSM-变速器集成驱动系统
1.2 国内外研究现状综述
1.2.1 IPMSM控制策略研究
1.2.2 转子位置估计方法研究
1.2.3 IPMSM-变速器集成驱动系统控制研究
1.3 研究目标与研究内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容与章节安排
第二章 考虑模型参数不确定性的IPMSM系统建模
2.1 引言
2.2 PMSM结构特点与运行原理
2.3 IPMSM电气关系推导和建模
2.3.1 电气方程推导
2.3.2 转矩方程推导
2.3.3 数学模型建立
2.3.4 考虑参数不确定性的IPMSM系统建模
2.4 IPMSM控制系统建模与运行分析
2.4.1 磁场定向控制的实现
2.4.2 控制运行的电流分配
2.5 本章小结
第三章 基于滑模观测的IPMSM无位置传感器转矩控制方法研究
3.1 引言
3.2 基于滑模观测的IPMSM转子位置估计方法
3.2.1 经典观测器的基本原理
3.2.2 基于滑模观测的转子位置鲁棒观测器设计
3.3 基于滑模观测和偏差补偿的无位置传感器转矩控制
3.3.1 基于模型参考自适应的IPMSM电感与永磁体磁链值估计
3.3.2 基于参数估计和偏差补偿的无位置传感器转矩控制
3.3.3 IPMSM无位置传感器转矩控制性能分析与讨论
3.4 基于滑模观测的IPMSM转子位置估计的实验验证
3.5 本章小结
第四章 基于高阶滑模观测的IPMSM无位置传感器转速控制方法研究
4.1 引言
4.2 基于高阶滑模观测的IPMSM转子位置鲁棒观测器设计
4.3 基于鲁棒积分反演控制的IPMSM无位置传感器控制器设计
4.3.1 非线性反演控制基本原理与设计方法
4.3.2 IPMSM鲁棒积分反演转速控制设计
4.4 基于高阶滑模观测和反演控制的无位置传感器转速控制
4.4.1 IPMSM无位置传感器转速控制系统
4.4.2 无位置传感器控制性能的分析与讨论
4.5 本章小结
第五章 结合低转速时高频注入与滑模观测的无位置传感器控制研究
5.1 引言
5.2 基于高频注入的IPMSM转子位置检测
5.2.1 基于脉振高频电压注入的IPMSM转子位置检测
5.2.2 IPMSM转子位置和转速估计
5.2.3 基于高频注入转子位置检测的无位置传感器控制
5.3 结合高频注入与滑模观测的IPMSM无位置传感器控制
5.3.1 高频注入与滑模观测估计信号切换的实现
5.3.2 结合高频注入与滑模观测的无位置传感器控制
5.4 基于高频注入IPMSM转子位置估计的实验验证
5.5 本章小结
第六章 车用IPMSM无位置传感器控制的应用研究
6.1 引言
6.2 车用IPMSM标定、建模及控制
6.2.1 参数及电流分配关系标定
6.2.2 IPMSM控制系统模型验证
6.2.3 无位置传感器转矩与转速控制
6.3 车用IPMSM-两挡机械式自动变速器集成驱动系统的控制
6.3.1 集成驱动系统换挡过程及其控制
6.3.2 集成驱动系统换挡过程控制的仿真
6.4 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 主要研究工作
7.2 主要创新点
7.3 不足之处及研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车“弯道超车”应正视芯片短板[J]. 左培文,刘倩. 汽车纵横. 2018(11)
[2]新时代推进我国新能源汽车发展的新思考[J]. 万钢. 汽车工程学报. 2018(04)
[3]国内外新能源汽车发展的差距及提升路径探讨[J]. 孙腾,冯丹,胡利明. 对外经贸实务. 2018(06)
[4]永磁同步电机自适应非奇异终端滑模控制[J]. 朱林峰,章伟. 控制工程. 2018(01)
[5]基于二阶终端滑模优化的电流环滑模控制[J]. 黄宴委,刘喆怡,熊少华,陈少斌. 电机与控制学报. 2018(03)
[6]IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略[J]. 刘计龙,肖飞,麦志勤,高山,余锡文. 电工技术学报. 2018(04)
[7]面向中国市场的电动化动力总成——舍弗勒参加中国汽车产业发展（泰达）国际论坛[J]. 田辉. 农业机械. 2016(10)
[8]一种新型永磁同步电机高阶滑模转速观测器的研究[J]. 纪科辉,周勇,鲁文其. 机电工程. 2016(09)
[9]基于自适应滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 陈炜,张志伟. 电工电能新技术. 2016(08)
[10]核心技术缺失 外资掌控新能源汽车上游产业链[J]. 张桂林. 中国外资. 2016(13)
博士论文
[1]电动汽车生命周期的能源消耗、碳排放和成本收益研究[D]. 周博雅.清华大学 2016
[2]电动汽车再生制动若干关键问题研究[D]. 赵国柱.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]新能源汽车永磁同步电机参数在线精确辨识方法研究[D]. 赵柏暄.上海交通大学 2019
[2]基于滑模观测器的PMSM无位置传感器控制研究[D]. 王湾湾.大连交通大学 2018
[3]基于改进滑模观测器的PMSM无位置传感器控制算法研究[D]. 张振宇.哈尔滨工业大学 2018
[4]电动汽车永磁同步电机无位置传感器矢量控制研究[D]. 李东.重庆大学 2018
[5]电动汽车空调IPMSM无位置传感器控制系统关键技术研究[D]. 江跃.合肥工业大学 2018
[6]我国新能源汽车产业竞争力提升策略研究[D]. 程坤.沈阳大学 2018
[7]基于新型滑模控制的永磁同步电机伺服系统研究[D]. 赵洁.湖南科技大学 2017
[8]电动车压缩机永磁同步电机无位置传感器控制研究[D]. 赵金越.沈阳工业大学 2017
[9]促进我国新能源汽车产业核心技术研发的政策路径研究[D]. 连新凯.吉林财经大学 2016
[10]中国新能源汽车产业发展政策研究[D]. 王淳.西南石油大学 2015
本文编号：3696486
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 车用IPMSM控制系统
1.1.2 IPMSM-变速器集成驱动系统
1.2 国内外研究现状综述
1.2.1 IPMSM控制策略研究
1.2.2 转子位置估计方法研究
1.2.3 IPMSM-变速器集成驱动系统控制研究
1.3 研究目标与研究内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容与章节安排
第二章 考虑模型参数不确定性的IPMSM系统建模
2.1 引言
2.2 PMSM结构特点与运行原理
2.3 IPMSM电气关系推导和建模
2.3.1 电气方程推导
2.3.2 转矩方程推导
2.3.3 数学模型建立
2.3.4 考虑参数不确定性的IPMSM系统建模
2.4 IPMSM控制系统建模与运行分析
2.4.1 磁场定向控制的实现
2.4.2 控制运行的电流分配
2.5 本章小结
第三章 基于滑模观测的IPMSM无位置传感器转矩控制方法研究
3.1 引言
3.2 基于滑模观测的IPMSM转子位置估计方法
3.2.1 经典观测器的基本原理
3.2.2 基于滑模观测的转子位置鲁棒观测器设计
3.3 基于滑模观测和偏差补偿的无位置传感器转矩控制
3.3.1 基于模型参考自适应的IPMSM电感与永磁体磁链值估计
3.3.2 基于参数估计和偏差补偿的无位置传感器转矩控制
3.3.3 IPMSM无位置传感器转矩控制性能分析与讨论
3.4 基于滑模观测的IPMSM转子位置估计的实验验证
3.5 本章小结
第四章 基于高阶滑模观测的IPMSM无位置传感器转速控制方法研究
4.1 引言
4.2 基于高阶滑模观测的IPMSM转子位置鲁棒观测器设计
4.3 基于鲁棒积分反演控制的IPMSM无位置传感器控制器设计
4.3.1 非线性反演控制基本原理与设计方法
4.3.2 IPMSM鲁棒积分反演转速控制设计
4.4 基于高阶滑模观测和反演控制的无位置传感器转速控制
4.4.1 IPMSM无位置传感器转速控制系统
4.4.2 无位置传感器控制性能的分析与讨论
4.5 本章小结
第五章 结合低转速时高频注入与滑模观测的无位置传感器控制研究
5.1 引言
5.2 基于高频注入的IPMSM转子位置检测
5.2.1 基于脉振高频电压注入的IPMSM转子位置检测
5.2.2 IPMSM转子位置和转速估计
5.2.3 基于高频注入转子位置检测的无位置传感器控制
5.3 结合高频注入与滑模观测的IPMSM无位置传感器控制
5.3.1 高频注入与滑模观测估计信号切换的实现
5.3.2 结合高频注入与滑模观测的无位置传感器控制
5.4 基于高频注入IPMSM转子位置估计的实验验证
5.5 本章小结
第六章 车用IPMSM无位置传感器控制的应用研究
6.1 引言
6.2 车用IPMSM标定、建模及控制
6.2.1 参数及电流分配关系标定
6.2.2 IPMSM控制系统模型验证
6.2.3 无位置传感器转矩与转速控制
6.3 车用IPMSM-两挡机械式自动变速器集成驱动系统的控制
6.3.1 集成驱动系统换挡过程及其控制
6.3.2 集成驱动系统换挡过程控制的仿真
6.4 本章小结
第七章 全文总结与展望
7.1 主要研究工作
7.2 主要创新点
7.3 不足之处及研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车“弯道超车”应正视芯片短板[J]. 左培文,刘倩. 汽车纵横. 2018(11)
[2]新时代推进我国新能源汽车发展的新思考[J]. 万钢. 汽车工程学报. 2018(04)
[3]国内外新能源汽车发展的差距及提升路径探讨[J]. 孙腾,冯丹,胡利明. 对外经贸实务. 2018(06)
[4]永磁同步电机自适应非奇异终端滑模控制[J]. 朱林峰,章伟. 控制工程. 2018(01)
[5]基于二阶终端滑模优化的电流环滑模控制[J]. 黄宴委,刘喆怡,熊少华,陈少斌. 电机与控制学报. 2018(03)
[6]IF控制结合滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器复合控制策略[J]. 刘计龙,肖飞,麦志勤,高山,余锡文. 电工技术学报. 2018(04)
[7]面向中国市场的电动化动力总成——舍弗勒参加中国汽车产业发展（泰达）国际论坛[J]. 田辉. 农业机械. 2016(10)
[8]一种新型永磁同步电机高阶滑模转速观测器的研究[J]. 纪科辉,周勇,鲁文其. 机电工程. 2016(09)
[9]基于自适应滑模观测器的永磁同步电机无位置传感器控制[J]. 陈炜,张志伟. 电工电能新技术. 2016(08)
[10]核心技术缺失 外资掌控新能源汽车上游产业链[J]. 张桂林. 中国外资. 2016(13)
博士论文
[1]电动汽车生命周期的能源消耗、碳排放和成本收益研究[D]. 周博雅.清华大学 2016
[2]电动汽车再生制动若干关键问题研究[D]. 赵国柱.南京航空航天大学 2012
硕士论文
[1]新能源汽车永磁同步电机参数在线精确辨识方法研究[D]. 赵柏暄.上海交通大学 2019
[2]基于滑模观测器的PMSM无位置传感器控制研究[D]. 王湾湾.大连交通大学 2018
[3]基于改进滑模观测器的PMSM无位置传感器控制算法研究[D]. 张振宇.哈尔滨工业大学 2018
[4]电动汽车永磁同步电机无位置传感器矢量控制研究[D]. 李东.重庆大学 2018
[5]电动汽车空调IPMSM无位置传感器控制系统关键技术研究[D]. 江跃.合肥工业大学 2018
[6]我国新能源汽车产业竞争力提升策略研究[D]. 程坤.沈阳大学 2018
[7]基于新型滑模控制的永磁同步电机伺服系统研究[D]. 赵洁.湖南科技大学 2017
[8]电动车压缩机永磁同步电机无位置传感器控制研究[D]. 赵金越.沈阳工业大学 2017
[9]促进我国新能源汽车产业核心技术研发的政策路径研究[D]. 连新凯.吉林财经大学 2016
[10]中国新能源汽车产业发展政策研究[D]. 王淳.西南石油大学 2015
本文编号：3696486
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