电动车用PMSM驱动控制系统关键技术研究

硕士学位论文电动车用PMSM驱动控制系统关键技术研究RESEARCHONTHEKEYTECHNOLOGIESOFDRIVECONTROLSYSTEMFORELECTRICVEHICLEPMSM邢念伟哈尔滨工业大学2012年7月国内图书分类号：TM383学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文电动车用PMSM驱动控制系统关键技术研究硕士研究生：邢念伟导师：杨贵杰教授申请学位：工学硕士学科：电气工程所在单位：电气工程及自动化学院答辩日期：2012年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TM383U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEKEYTECHNOLOGIESOFDRIVECONTROLSYSTEMFORELECTRICVEHICLEPMSMCandidate：XingNianweiSupervisor：Prof.YangGuijieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringAffiliation：Dept.ofElectricalEngineeringDateofDefence：July,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-I-摘要近年来随着我国经济高速的增长，对能源的需求越来越大，同时燃油汽车尾气的排放已经成为了我国城市空气污染的主要原因。在这个双重压力下大力发展电动车符合我国当前需求，已成为我国汽车工业发展的重要方向。目前我国电动车的技术水平同国际的先进技术水平相比仍存在一定差距，尤其在整车设计、结构、系统控制等方面。论文以电动车用内嵌式永磁同步电动机为对象，对电动车驱动控制系统模型、控制方案、弱磁控制等关键技术进行深入分析与研究，并完成了驱动控制系统设计。论文首先，通过Clarke变换和Park变换建立了永磁同步电机在d-q坐标系上的数学模型。在此数学模型的基础上，构建了基速以下的id=0的磁场定向控制（FOC）和最大转矩电流比控制(MTPA)方案，以及基速以上的弱磁控制策略。其次，对内嵌式永磁同步电机基速下的id=0的磁场定向控制和最大转矩电流比控制进行了深入分析与研究，分别建立了两种控制方案的系统仿真模型，利用Matlab/SimuLink仿真软件对这两种控制进行对比分析，得出了这两种控制策略方案的优缺点及适用条件。再次，对内嵌式永磁同步电机基速以上弱磁控制策略进行研究。采用传统弱磁控制，由于电机电流的增大，引起电机的温度、磁路饱和程度等变化，使得电机参数发生改变，导致永磁同步电动机的弱磁控制特性变差。论文提出一种以铜损最小为目标的鲁棒性弱磁控制策略，可以使电机在弱磁区运行时，尽管参数发生变化，也可以实现最小铜损。并利用Matlab/SimuLink进行了仿真分析与验证。最后，构建以Infineon32位单片机TC1767为核心的硬件平台，设计了驱动控制电路。根据电动车用PMSM驱动控制系统的需要，进行了软件系统的设计，利用C语言，完成了相应的软件编程。在实验平台上进行了系统实验，并对实验结果进行了分析，验证了整个系统设计的合理性。关键词：电动车；永磁同步电机；最大转矩电流比控制；弱磁控制哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-II-AbstractAsChina'srapideconomicgrowthinrecentyears,thedemandforenergyisgrowingup,andemissionscausedbyfuelvehicleshasbecomeamajorcauseofpollutionofurbanair.UnderthedualpressureandtomeetthecurrentdemandinChina,payinggreateffortstodevelopelectricvehiclehasbecomeanimportantdevelopmentdirectionofChina'sautomobileindustry.TherearestillsomegapsbetweenthetechnicallevelofChina'selectricvehicleandtheinternationaladvancedtechnology,especiallyinvehicledesign,structure,systemcontrolandotheraspects.Thispaperchooseinteriorpermanentmagnetsynchronousmotor(IPMSM)usedinelectricvehicleastheobjecttoanalyzeandresearchthekeytechnologiesinelectricvehicle’sdrivecontrolsystems,controlprogramsandweakeningcontrol,andfinallycompletethedrivecontrolsystem’sdesign.Firstly,paperbuildsamathematicalmodelofpermanentmagnetsynchronousmotoronthed-qcoordinateusingClarketransformationandParktransformation.Onthebasisofthismathematicalmode,thispaperconstructtheprogramoffieldorientedcontrol(FOC)inwhichid=0andmaximumtorqueperamperecontrol(MTPA)whenthemotorisrunningbelowthebasespeed,aswellastheprogramofflux-weakeningcontrolwhenthemotorisrunningabovethebasespeed.Secondly,thispapercarryoutin-depthanalysisandresearchoftheprogramoffieldorientedcontrol(FOC)inwhichid=0andmaximumtorqueperamperecontrol(MTPA)forIPMSM,andrespectivelytoestablishasimulationmodelofthetwocontrolschemes.Usingsimulationsoftware-Matlab/SimuLinktocompareandanalyzethesetwoprograms,thepaperobtainstheadvantagesanddisadvantagesandapplicableconditionsofthesetwocontrolstrategies.Thirdly,researchthetheprogramofflux-weakeningcontrolwhentheIPMSMisrunningabovethebasespeed.Intraditionalflux-weakeningcontrol,theincreaseofmotorcurrentcausethechangeoftemperatureandthedegreeofmagneticsaturationandothermotorparameters,andfinallyaltertheflux-weakeningcontrol’seffectofIPMSM.Thepaperproposesarobustnessofweakeningcontrolstrategy,andthemotorcanachieveminimalcopperlosswhenitrunsinthefieldweakeningregion,althoughthemotor’sparametersischanging.Finally,buildthehardwareplatformbasedontheInfineon’s32-bitmicrocontroller-TC1767andcompletethedesignofthedrivecircuitandcontrolcircuit.ToaccordancewiththeneedsofthePMSM’sdrivecontrolsystemusedforelectricvehicle,usingClanguagetocompletetheappropriatesoftwareprogramming.Atlast,testingandanalyzingtheexperimentalresultstoverifytherationalityoftheentiresystemdesign.哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-III-KeywordselectricvehiclePermanentMagnetSynchronousMotormaximumtorqueperamperecontrolflux-weakeningcontrol哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-IV-目录摘要...............................................................................................................................IAbstract...........................................................................................................................II第1章绪论...............................................................................................................11.1课题背景及研究的目的和意义.........................................................................11.2电动车的发展及国内外的研究概况.................................................................21.2.1电动车的发展...............................................................................................21.2.2电动车国内外的研究概况..........................................................................31.3电动车用永磁同步电机关键技术.....................................................................41.4论文的主要研究内容.........................................................................................7第2章电动车用PMSM驱动系统设计方案............................................................82.1引言...........