电动汽车开关磁阻电机调速控制方法研究与实现

发布时间：2017-07-31 09:10

  本文关键词：电动汽车开关磁阻电机调速控制方法研究与实现

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【摘要】：开关磁阻电机(Switched Reluctance Motor,SRM)作为新一代调速电机,自问世以来就受到了研究工作者的青睐。SRM的主要优点表现在结构简单坚固,调速范围宽,启动转矩大,效率高,价格便宜。开关磁阻电机驱动(Switched Reluctance Motor Drive,SRD)调速系统具有良好的调速性能,控制灵活,能够满足电动汽车复杂的运行要求,但是SRM的结构和高度非线性的特点使得电机在运转时转矩脉动大。因此,SRM调速系统需要先进的控制方法,最大程度降低转矩脉动。针对这一问题,本文采用转矩分配函数、模糊开关角优化结合转速电流双闭环控制方法对转矩脉动进行抑制,主要工作如下:首先,分析了SRM转矩脉动产生的原因和开关角对于抑制转矩脉动的作用,仿真结果表明改变开关角能够抑制转矩脉动。考虑SRM高度的非线性特性,本文采用不依赖于数学模型的模糊控制来优化开关角;然后采用转矩分配方法来应对换相时转矩脉动大的问题,并对不同转矩分配函数进行对比分析,最后选择余弦转矩分配函数;由于SRM在启动时速度响应慢,转矩脉动很大,本文研究了转速电流双闭环控制方法,将其用于SRM调速系统中得到PI参数自适应双闭环控制方法,设计了转速调节器和电流调节器,计算出他们的PI参数。最后在MATLAB仿真环境下完成了系统的仿真研究。本文最后搭建了SRM的硬件实验平台,完成了以dsPIC33FJ32MC204为控制核心的硬件电路设计。在硬件平台的基础上,完成了软件部分的设计。综合对比仿真结果和实验结果,本文的控制方法在一定程度上能够抑制转矩脉动,具有良好的调速性能。
【关键词】：开关磁阻电机 模糊控制 开关角优化 转矩分配 PI参数自适应 转矩脉动 dsPIC33FJ32MC204
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM352;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 国内外电动汽车发展现状与趋势11-12
• 1.3 电动汽车电机调速控制的发展现状与趋势12-13
• 1.4 电动汽车开关磁阻电机调速系统13-15
• 1.4.1 电动汽车开关磁阻电机驱动调速系统研究现状13
• 1.4.2 电动汽车开关磁阻电机驱动调速系统研究方向13-15
• 1.5 论文主要内容15-16
• 第二章 开关磁阻电机基本工作原理16-29
• 2.1 开关磁阻电机调速系统的基本组成16-17
• 2.2 开关磁阻电机基本工作原理17-18
• 2.3 开关磁阻电机数学模型分析18-28
• 2.3.1 电路方程19-20
• 2.3.2 机械方程20
• 2.3.3 机电联系方程20-22
• 2.3.4 SRM线性模型22-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第三章 开关磁阻电机调速控制方法研究与仿真29-65
• 3.1 SRM的控制方法29-32
• 3.1.1 APC方法29-31
• 3.1.2 CCC方法31
• 3.1.3 PWM控制方法31-32
• 3.2 SRM转矩脉动抑制分析32-35
• 3.2.1 SRM转矩脉动来源分析32-33
• 3.2.2 SRM转矩脉动抑制分析33-35
• 3.3 基于模糊控制的SRM开关角优化研究35-43
• 3.3.1 开通角优化研究35-37
• 3.3.2 关断角优化研究37-38
• 3.3.3 模糊控制简介38
• 3.3.4 模糊控制器结构38
• 3.3.5 确定各变量的基本论域38
• 3.3.6 确定模糊语言变量38-39
• 3.3.7 确定各变量的隶属度函数39-40
• 3.3.8 确定模糊语言规则40-42
• 3.3.9 解模糊化42-43
• 3.4 转矩分配控制策略研究43-49
• 3.5 SRM PI参数自适应转速电流双闭环控制方法研究49-54
• 3.5.1 电流调节器的设计49-52
• 3.5.2 转速调节器的设计52-54
• 3.6 SRD调速系统仿真模型54-64
• 3.6.1 概述54-55
• 3.6.2 功率变换器55
• 3.6.3 角度转换模块55-56
• 3.6.4 换相控制模块56
• 3.6.5 模糊开关角仿真模块56-57
• 3.6.6 转矩分配模块57
• 3.6.7 PI参数自适应模块57-58
• 3.6.8 总体仿真图58-59
• 3.6.9 仿真结果分析59-64
• 3.7 本章小结64-65
• 第四章 控制系统软硬件设计65-82
• 4.1 硬件设计65-77
• 4.1.1 主控制部分设计65-67
• 4.1.2 功率变换器设计67-73
• 4.1.3 传感器电路设计73-75
• 4.1.4 电源设计75-77
• 4.2 软件设计77-81
• 4.2.1 整体软件设计77-78
• 4.2.2 系统初始化程序78-79
• 4.2.3 系统运行程序79-81
• 4.3 本章小结81-82
• 第五章 系统调试与结果分析82-89
• 5.1 系统调试过程82-84
• 5.2 实验结果分析84-88
• 5.2.1 电流分析84-85
• 5.2.2 转速分析85-87
• 5.2.3 电机效率87
• 5.2.4 电机噪声87-88
• 5.3 本章小结88-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 全文总结89-90
• 6.2 研究工作展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-96
• 攻读硕士学位期间取得的成果96-97

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