基于转矩—转速—电流MAP的车用永磁同步电机矢量控制优化

发布时间：2023-10-29 09:56

　　随着全球汽车电动化进程快速推进,电动车必然成为未来交通工具的重要成员之一。电机驱动系统作为电动车中最为核心的零部件,其性能优劣将决定整个车辆的行驶品质。电机驱动系统主要包括电机和逆变器两部分,虽然近几年我国在这两个领域都取得了长足的进步,但与国际巨头相比仍有不少差距,主要体现在细节控制和特殊极限工况的处理上。本文依托于国家科技部重大仪器专项,选择我国有着稀土资源优势的永磁同步电机作为研究对象,立足于优化永磁同步电机控制策略,将矢量控制分解为目标转矩到目标电流过程、目标电流到目标电压过程、目标电压到功率器件开关过程,并提出了详细的优化方案。另外,针对永磁同步电机两个特有故障进行分析,并给出了故障预防及处理方案。在将目标转矩转化成目标电流方面,本文提出了基于转矩-转速-电流MAP进行目标电流分配的矢量控制策略,其核心是把电机能够运行到的区域通过测功台架离线标定好数据,取代传统矢量控制中的电流分配和反馈弱磁调节。首先,论文由电机数学模型推导出最大电流转矩比和最大电压转矩比曲线,利用这两条曲线和电流限制条件求解出转矩-转速-电流MAP控制区域,利用转矩方程和电压转速极限椭圆求解出MAP区域内的...

【文章页数】：179 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 电动车动力驱动系统发展状况
        1.2.1 电机发展状况
        1.2.2 逆变器发展状况
    1.3 逆变器优化控制关键技术
        1.3.1 弱磁算法研究
        1.3.2 加速电流响应研究
        1.3.3 提高电压利用率研究
        1.3.4 无位置传感器控制研究
        1.3.5 转子永磁体防退磁研究
    1.4 论文主要研究内容
第2章 基于转矩-转速-电流MAP的IPMSM矢量控制策略
    2.1 IPMSM传统矢量控制
        2.1.1 坐标变换基本原理
        2.1.2 电机系统运行约束条件
        2.1.3 基本控制策略
    2.2 全域MAP控制理论分析
        2.2.1 全域MAP控制区域分析
        2.2.2 全域MAP控制区域数据求解
        2.2.3 电压变化修正
    2.3 电机参数变化及其对MAP数据的影响
        2.3.1 q轴电感变化趋势及其对MAP数据的影响
        2.3.2 d轴电感变化趋势及其对MAP数据的影响
        2.3.3 转子永磁体磁链变化趋势及其对MAP数据的影响
    2.4 全域MAP的工程标定方法
        2.4.1 恒温恒压MAP数据标定方法
        2.4.2 电机温度变化修正
        2.4.3 动态响应优化
    2.5 仿真对比分析
    2.6 本章小结
第3章 IPMSM矢量控制转矩响应速度优化控制策略
    3.1 电流解耦控制研究
        3.1.1 d-q轴电流PI控制参数整定
        3.1.2 d-q轴电流PI控制耦合分析
        3.1.3 前馈解耦在IPMSM矢量控制中的应用
        3.1.4 内模解耦在IPMSM矢量控制中的应用
        3.1.5 电感变化对d-q轴电流解耦控制影响分析
        3.1.6 电流控制抗饱和处理
    3.2 SVPWM过调制
        3.2.1 SVPWM基本原理
        3.2.2 SVPWM过调制技术
        3.2.3 SVPWM过调制谐波影响分析
        3.2.4 基于变带宽滤波器的电流控制
    3.3 仿真对比分析
        3.3.1 d-q轴电流内模解耦控制仿真对比分析
        3.3.2 SVPWM过调制仿真对比分析
    3.4 本章小结
第4章 IPMSM旋转变压器失效保护策略
    4.1 IPMSM无位置传感器控制算法分析
    4.2 基于反电动势观测器的转子位置估算研究
        4.2.1 观测器传递函数推导
        4.2.2 基于锁相环技术的转子角度估算研究
        4.2.3 电机参数变化对观测器的影响及处理
    4.3 旋变失效瞬间处理措施
    4.4 仿真对比分析
    4.5 本章小结
第5章 IPMSM转子永磁体预防退磁控制策略
    5.1 IPMSM永磁体性能分析
        5.1.1 磁性材料分析
        5.1.2 退磁因素分析
    5.2 基于永磁体温度估算的退磁预防策略
        5.2.1 永磁体温度估算模型
        5.2.2 预防退磁控制策略
    5.3 本章小结
第6章 控制策略验证及分析
    6.1 逆变器设计分析
        6.1.1 硬件设计
        6.1.2 结构设计
        6.1.3 软件设计
    6.2 控制策略测功台架验证及分析
        6.2.1 测试系统介绍
        6.2.2 电机效率MAP测试
        6.2.3 电机输出转矩温度稳定性测试
        6.2.4 电机输出转矩阶跃响应测试
        6.2.5 电机输出最大n-T曲线测试
        6.2.6 转子永磁体温度估算测试
    6.3 控制策略整车验证及分析
        6.3.1 续航里程测试
        6.3.2 80 km/h加速测试
        6.3.3 旋变失效保护测试
    6.4 本章小节
第7章 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 论文创新点
    7.3 研究展望
参考文献
作者简介及在学期间所取得的科研成果
致谢



本文编号：3857854