电动车动力控制系统设计与仿真

论文摘要

随着我国车辆保有量的增加,环境污染和能源短缺两大问题将更加突出,电动车由于污染小、节能两大优势已成为世界各国研究的焦点。电机驱动动力系统作为电动汽车的关键组成部分,一直为广大学者所关注,而异步电机以其体积小,价格低,维护简单等优点在电动车动力系统中得到了最为广泛的应用。本文根据异步电机多变量、非线性、强耦合数学模型的特点,将异步电机由三相静止坐标下的各变量变换到两相同步旋转坐标系下,并建立了坐标变换模型;利用转子磁场定向技术,将定子电流分解为励磁电流分量和转矩电流分量,做到分别控制磁通和转矩,对交流电机实现类似直流电机的转速控制与调节,以获得快速响应和精确的控制目标。在分析按转子磁场定向的矢量控制基本原理及推导控制方程式的基础上,建立了按转子磁场定向的矢量控制结构框图;设计了转子磁链观测器以及磁通、转速和转矩三个调节器;在分析电压空间矢量(SVPWM)的基本原理及控制算法基础上,建立了SVPWM的MATLAB/SIMULINK仿真模型,并进行了仿真。基于矢量控制结构框图,在MATLAB/SIMULINK平台上,对按转子磁场定向的矢量控制系统进行建模,对整个系统就空载起动、带负载起动、加载、减载、加速、减速等情况分别进行了仿真,通过对仿真结果进行分析,表明该控制系统静态稳定性好、动态反应快、超调小。而后在整车中的仿真结果也表明该系统驱动的电动车具有很好的起动、加速能力及良好的动态响应能力和静态稳定性,能够满足电动车的动力性能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 电动汽车驱动系统概述
• 1.2.1 电动汽车对驱动系统的基本要求
• 1.2.2 电动汽车驱动系统中各种电机性能比较
• 1.2.3 电动汽车异步电机的选择
• 1.2.4 电动汽车异步电机驱动系统控制策略
• 1.2.5 矢量控制方案
• 1.3 MATLAB/SIMULINK 仿真环境
• 1.4 本文研究内容
• 2 电动汽车异步电机的多变量数学模型
• 2.1 异步电机动态数学模型的性质
• 2.2 异步电机在三相静止坐标系上的数学模型
• 2.2.1 电压方程
• 2.2.2 磁链方程
• 2.2.3 转矩方程
• 2.2.4 运动方程
• 2.3 坐标变换及其模型的建立
• 2.3.1 三相静止到两相静止坐标变换（35/25）
• 2.3.2 两相静止到两相旋转坐标变换（25/21）
• 2.3.3 三相静止到任意两项旋转坐标变换（35/21）
• 2.3.4 模型的建立
• 2.4 异步电机在两相坐标系上的数学模型
• 2.4.1 在任意两相旋转坐标系（dq）上的数学模型
• 2.4.2 在两相静止坐标系（αβ）上的数学模型
• 2.5 小结
• 3 异步电机按转子磁场定向的矢量控制系统设计
• 3.1 控制原理
• 3.1.1 矢量控制基本思想
• 3.1.2 矢量控制方程式
• 3.2 矢量控制系统
• 3.3 调节器设计
• 3.3.1 传递函数描述
• 3.3.2 磁通调节器的设计
• 3.3.3 转矩调节器的设计
• 3.3.4 转速调节器的设计
• 3.4 转子磁链观测器设计
• 3.5 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）
• 3.5.1 SVPWM 原理
• 3.5.2 SVPWM 算法
• 3.5.3 SVPWM 仿真实现
• 3.6 小结
• 4 电动汽车矢量控制系统的仿真研究
• 4.1 按转子磁场定向的矢量控制系统仿真
• 4.2 仿真结果及分析
• 4.3 整车仿真及结果
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢