基于内置式交流永磁同步电机的混合动力汽车电力驱动的研究(论文)

江苏大学硕士学位论文基于内置式交流永磁同步电机的混合动力汽车电力驱动的研究姓名：苏涛申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：孙玉坤20090601基于内置式交流永磁同步电机的混合动力汽车电力驱动的研究作者：苏涛学位授予单位：江苏大学相似文献(10条)1.学位论文那日沙混合动力汽车永磁同步电机磁场定向控制系统研究2009混合动力汽车与电动汽车及传统汽车相比，在动力性、经济性等方面具有显著的优势。它同时装有汽油发动机和电动机两套系统，与同档次的汽车相比，混合动力汽车的油耗相应减少，排放可提高至少一个等级，因此成为国内外汽车发展的新热点。永磁同步电机作为其中的动力关键部分，起到了至关重要的作用，对其控制算法的研究具有重要的理论和现实意义。本文首先概括了混合动力汽车的优点及发展趋势，介绍了国内外混合动力汽车的发展现状。永磁同步电机因其高效、高功率密度以及良好的调速性能，在混合动力汽车中得到广泛的应用，因此也成为本文所采用的电机。本文简单介绍了永磁同步电机及其控制策略的发展现状，在对永磁同步电机理论分析的基础上建立了电机的数学模型。本文依据空间电压矢量脉宽调制的原理，提出了基于空间电压矢量脉宽调制技术的磁场定向控制系统，并在Simulink环境下建立了永磁同步电机磁场定向控制系统的仿真模型，在此模型的基础上进行了大量的仿真研究。同时采用TI公司的TMS320F2812，作为控制芯片设计了硬件控制系统。介绍了硬件控制系统的组成部分，详细阐述了旋转变压器及其解码芯片的工作原理以及在控制系统中的应用。本文还简单介绍了混合动力汽车实验台架的建设，对台架系统的各个组成部分及其功能进行了概述，并且给出软件辅助设计在电机驱动控制器壳体设计中的应用。最后在此实验台架的基础上，结合硬件控制系统做了相应的试验研究，给出了具体的实验波形及数据，并提出了日后工作建议。2.期刊论文黄苏融.曾凤.洪文成.陈小佳.HUANGSu-rong.ZENGFeng.HONGWen-cheng.CHENXiao-jia混合动力汽车用起动发电一体化永磁同步电机控制系统设计与仿真-电机与控制应用2007,34(11)为实现混合动力汽车用起动发电一体化(IntegratedStarterandGenerator,ISG)永磁同步电机控制系统的优化设计与精确的仿真分析,提高ISG永磁同步电机控制系统的快速开发能力,提出了一种ISG永磁同步电机控制系统设计新方法.该方法基于定子电流最优控制策略建立控制系统模型,结合有限元法计算的ISG永磁同步电机饱和电感参数特性和功率器件特性,在Simplorer系统仿真平台上开展ISG永磁同步电机及其控制系统设计与仿真.样机的仿真结果与试验结果比较吻合,验证了该设计方法的可信性,并实现了ISG永磁同步电机控制系统的快速开发.3.学位论文陈礼敏基于DSP的混合动力汽车用永磁同步电机控制系统200720世纪90年代以来，为了缓解能源和环境对人类生活和社会发展的压力，“准绿色”的混合动力型汽车登上了历史舞台。混合动力汽车既克服了纯电动汽车的续驶里程短、价格昂贵等缺点，又有利于大幅度减少汽油消耗，合理利用电能，调整能源结构，为解决城市污染问题和解决一次能源的短缺开辟了一条新途径。本论文围绕混合动力汽车用永磁同步电机控制系统的一些问题展开了研究，研究内容分为一下几个部分：首先，分析几种常用的电机系统并结合作为混合动力汽车驱动电机的要求，指出以永磁同步电机作为混合动力汽车驱动电机的优势。其次，根据永磁同步电机常用的控制方法和混合动力汽车电源的限制因素以及对大转矩的需求，确定在电机低速工作时采用最大转矩/电流比控制策略，高速工作时采用弱磁控制策略，并给给出了这两种控制方式下电流与转矩的关系公式。提出最大功率弱磁控制策略并给出永磁同步电机在全速范围内的电流控制策略。最后，对电机控制方法进行了Matlab/Silnulink的初步仿真，得出了该控制方式下系统的阶跃响应曲线和转矩特性曲线。最后还给出了具体的硬件电路设计及实现形式，给出了具体的实际的调试结果，从结果可以看出，本控制系统的设计是符合要求的。4.学位论文侯雪璐混合动力汽车驱动电机控制系统及性能的研究2006混合动力汽车作为解决汽车节能、降低排放的汽车工业新技术，具有低污染和低油耗的特点，成为国际、国内汽车发展的新热点。驱动电机作为混合动力汽车中的主要部件，在混合动力汽车中起着至关重要的作用，对其进行研究具有重要的理论和现实意义。永磁同步电机具有高效、高功率密度以及良好的调速性能，正逐步成为混合动力汽车传动中所使用的首选电机。本论文主要围绕混联式混合动力汽车用永磁同步电机(PMSM)展开，所作的工作主要包括以下几个部分：1.对不同类型电机进行比较，给出选择永磁同步电机(PMSM)作为混合动力汽车的驱动电机的理由。2.在永磁同步电机数学模型的基础上，比较常用的几种电流矢量控制方法，在此基础上给出了最大功率弱磁的算法，同时给出了混合动力汽车全速范围内PMSM的电流控制策略：低速时采用最大转矩/电流控制，高速时采用最大功率弱磁控制。3.在Matlab/Simulink平台上建立PMSM模型，对电动汽车几种运行情况下PMSM的工作情况进行仿真和分析。4.具体结合混合动力汽车的结构，详细分析混合动力汽车各种工况模式下电机的工作状态以及能量分配方式，并在汽车仿真软件平台上进行初步仿真。5.对电机系统在具体样车各工况下进行测试，给出相应的试验结果。论文的重点工作在第2项对永磁同步电机电流控制方式的分析研究和第4、5项对于永磁同步电机在混联式混合动力汽车上实际运行的分析与研究上。5.学位论文李铭栀基于DSP的混合动力汽车电机驱动系统的研究2009混合动力汽车（HEV）是传统燃油汽车和纯电动汽车相结合的新车型，具有低污染、低油耗的特点，是当前解决节能、环保问题切实可行的过渡方案。而电机驱动系统作为混合动力汽车中的主要部分，在混合动力汽车中起着至关重要的作用，对其进行研究具有重要的理论和现实意义。本论文的主要研究工作围绕混合动力汽车用永磁同步电机控制系统展开，在永磁同步电机数学模型的基础上，结合对混合动力汽车电机驱动系统的要求，提出了最大转矩/电流与最大输出功率弱磁相结合的电流矢量控制策略：当汽车处于启动、加速、爬坡等工况下时，采用最大转矩/电流控制策略，满足混合动力汽车低速时输出大转矩的要求；当汽车高速行驶或短时超车时，采用最大输出功率弱磁控制的电流控制策略，满足混合动力汽车在高速时能输出较大功率的要求。运用Matlab/Simulink对永磁同步电机矢量控制系统进行了初步的仿真研究，搭建了系统的仿真模型，重点对空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术进行了详尽的研究，并得到了电机电流、电压和转速等响应曲线，为实际系统的实现提供了理论参照。同时采用TI公司的数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，简称DSP）TMS320F2810为核心控制芯片进行了电机驱动系统的硬件设计，并结合软件算法，得到了具体的实验调试结果。从仿真结果和实验所测数据可以看出，本文所设计的永磁同步电机矢量控制系统用于混合动力汽车电机驱动系统中是合理的，基本符合电机驱动系统的要求。6.期刊论文丁惜瀛.赵鑫.夏强.杨树平.DingXiying.ZhaoXin.XiaQiang.YangShuping基于空间电压矢量调制的直接转矩控制对混合动力汽车永磁同步电机低速运行性能的改进-电气技术2009,(4)本文基于空间矢量调制技术应用于永磁同步电机直转矩控制系统用以改善混合动力汽车永磁同步电机直接转矩控制中混合动力汽车低速的运行性能,可以降低了传统的直接转矩控制系统的转矩脉动和磁链脉动,使控制系统有较高的响应速度和较强的鲁棒性,同时有效地扩大了系统调速范围.并用Matlab/simulink软件建立了该直接转矩系统的仿真模型,仿真结果表明了该方法在永磁同步电机直接转矩控制系统中的有效性.同时在混合动力汽仿真软件Advisor中,显示了控制策略对汽车起动和低速运行中快速性与稳定性的提升.7.学位论文吴红星混合动力汽车用永磁同步电机及其控制系统的研究2005本文提出了对永磁同步电机低速转矩特性影响较大的电磁参数的选择与设计方法，得出了定子绕组匝数根据电机的低速最大转矩和恒转矩范围进行最佳选择的方案，给出了气隙的选择公式；分析了永磁同步电机高速弱磁困难的原因及几个重要电磁参数的选择对电机最高转速和恒功率能力的影响，通过解析分析和实例设计，给出兼顾电机的低速转矩大小和最高转速的设计方法。　　根据永磁同步电机的数学模型，推导永磁同步电机矢量控制算法，研究了混合动力汽车能量回馈对电机的要求。具体分析永磁同步电机机控制系统发电时工作机理，提出了永磁同步电机能量回馈时的控制策略，并对电机控制系统进行了仿真。设计了基于DSP控制的软件和硬件。实验研究了电机在电动和发电两种状态下的机械特性和系统的效率。电机的机械特性满足电动汽车驱动的要求。　　以“九五”概念车通讯系统为基础，分析了电动汽车“概念车”上RS-485通讯方式、ASCII模式和二进制模式。根据电动汽车“概念车”通讯数据需要，确定了电动汽车通讯系统通讯协议。由于混合动力汽车单元结构、工作机理及通讯数据流不同于概念车，同时串口通讯需有主从结构，分时间段通讯、传输效率低等缺点，这将影响各系统的控制效率。提出了基于控制器局部网(CAN-ControllerAreaNetwork)总线通讯方式，分析了通讯机理，设计了适用于电机控制系统的通讯系统硬件和软件。确定了电机控制系统通讯协议。　　较系统地研究了并联混合动力总成和串联混合动力总成的控制策略和控制算法。对于并联混合动力总成提出了限制和调节发动机工作区间的控制策略，根据工况要求和发动机工作状态，调节发动机在高效率区间运行，从而确定发动机的输出扭矩。根据工况要求和发动机扭矩指令，调节电机的扭矩输出，满足扭矩输出要求，从而确定电机的输出扭矩。　　本文推导了永磁同步电机适用于混合电动汽车驱动的矢量控制下的直接转矩控制。对电机本体进行了的优化和仿真计算，实验验证了解析分析得出的结论，表明该电机可望获得较大的性能体积比。研制了以CAN总线为基础的通讯模式，通过高速数字传输对电机进行直接转矩控制。提出了混合动力汽车用永磁同步电机控制方案，以提高整车经济性和改善排放为目标，针对混合动力总成的基本构型，研究了混合动力总成的控制策略。系统在性能台架试验和功能车试验测试中收到满意效果。8.学位论文杨光亮车用永磁同步电机控制方法研究2009随着环境污染的加剧和石油资源的枯竭，混合动力汽车的发展越来越受到人们的关注。电机及其控制技术是混合动力汽车的关键技术之一，其控制方法的好坏直接影响着整车的动力性、燃油经济性以及排放指标。永磁同步电机的功率因数大，效率高，功率密度大，是一种比较理想的驱动电机，基于永磁同步电机的这些优良性能，它便成为了混合动力汽车驱动电机的首选电机。br　　本文以设计高性能、高可靠性、宽调速的混合动力电动汽车电机控制器及控制算法为目的，选用永磁同步电机作为车用驱动电机，改进控制结构硬件电路，采用基于矢量控制的弱磁控制方法对车用永磁同步电机进行调速。分析认为该方法可以实现车用永磁电机的宽调速性能。br　　围绕以上主题，设计的主要工作有：br　　1)分析永磁同步电机的总体结构和磁路机构，并给出永磁同步电机稳态性能、磁路及各参数的计算方法。br　　2)根据矢量控制和弱磁控制的基本思想，推导三个坐标系之间的相互转换公式；建立永磁同步电机的矢量控制数学模型及对应于三个坐标系的磁链、电压、运动和转矩方程。br　　3)设计电机控制器硬件电路，在硬件方面对电机控制思路进行改进；编写控制软件程序；搭建电机控制方法实验平台。br　　4)在确保电机位置检测、及电路各保护功能等逻辑关系正确的基础上，比较了电机弱磁前和弱磁后的调速性能。试验结果表明了该电机控制方法的正确性，为控制系统动态性能测试、加载试验奠定基础。9.期刊论文李敏旭.汤宁平.LiM