电动汽车永磁同步电机直接转矩控制算法研究与实现

论文摘要

电动汽车作为新能源汽车的代表,具有污染小、噪音低、维护容易和结构简单等特点,缓解了汽车产业面临的能源短缺与环境污染的双重压力。永磁同步电机具有体积小、重量轻、控制性能好等特点,它将电动汽车的发展带入了一个新的阶段。永磁同步电机驱动控制算法的研究,对电动汽车的发展具有一定的工程应用价值。论文首先建立了两相旋转坐标系下永磁同步电机数学模型,在MATLAB/SIMULINK环境下利用S-function模块搭建了基于dSPACE硬件在回路仿真平台的永磁同步电机模型。分析了电动汽车的动力特性与性能指标,并给出了符合电动汽车驱动要求的永磁同步电机牵引特性曲线。其次,介绍了永磁同步电机直接转矩控制理论,分析了永磁同步电机与异步感应电机中定子磁链计算的不同之处,并给出一种永磁同步电机定子磁链估算方法。计算了电机的最大转矩角以及定子磁链给定值的限制范围。通过分析电动汽车频繁加减速的运行特性,研究了低速区的恒转矩控制及高速区的恒功率控制算法。利用MATLAB/SIMULINK工具,分别搭建了基于开关表和空间矢量脉宽调制两种算法的直接转矩控制模型,并详细讲述了各模块的实现方法。仿真了电动汽车低速区恒转矩起动和高速区恒功率运行的牵引工况,对其动态特性进行了仿真分析。结果表明,系统具有良好的稳态性能和快速响应能力。最后,在dSPACE硬件在回路仿真平台上搭建了主电路模型,并设计了ControlDesk上位机的监控界面,编写了基于TMS320F2812的DSP的永磁同步电机直接转矩控制程序,完成了电动汽车永磁同步电机的恒转矩直接转矩控制。半实物仿真结果显示,电机的转速响应迅速,在稳态运行时转矩脉动较小

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.2 国内外电动汽车的现状与发展
• 1.3 电动汽车永磁同步电机驱动控制系统的特点
• 1.4 dSPACE在传动控制领域的应用现状
• 1.5 论文研究主要内容
• 第2章 永磁同步电机的工作原理及其牵引特性
• 2.1 永磁同步电机结构原理
• 2.1.1 永磁同步电机的基本结构
• 2.1.2 永磁同步电机的转矩特性
• 2.2 永磁同步电机数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机在三相坐标系下的数学模型
• 2.2.2 永磁同步电机在两相坐标系下的数学模型
• 2.3 电动汽车的动力特性与性能指标
• 2.3.1 电动汽车的动力特性
• 2.3.2 电动汽车的性能指标
• 第3章 永磁同步电机直接转矩控制理论
• 3.1 永磁同步电机直接转矩控制的特点
• 3.2 直接转矩控制基本原理
• 3.2.1 直接转矩控制理论基础
• 3.2.2 电压空间矢量概念
• 3.2.3 电压空间矢量与定子磁链的关系
• 3.2.4 圆形磁链轨迹的生成
• 第4章 电动汽车永磁同步电机直接转矩控制仿真实现
• 4.1 传统直接转矩控制系统
• 4.1.1 设计思想与系统框图
• 4.1.2 坐标变换
• 4.1.3 磁链转矩估算模型
• 4.1.4 开关表
• 4.1.5 恒功率控制
• 4.1.6 仿真结果
• 4.2 基于SVPWM的直接转矩控制系统
• 4.2.1 SVPWM原理与模块实现
• 4.2.2 预期电压矢量模块
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 控制系统动态仿真
• 4.3.1 电机转速变化仿真分析
• 4.3.2 负载变化仿真分析
• 4.3.3 电动汽车即走即停动态仿真分析
• 第5章 电动汽车永磁同步电机直接转矩控制半实物实现
• 5.1 基于TMS320F2812和dSPACE的半实物仿真平台搭建
• 5.1.1 dSPACE半实物仿真系统的介绍
• 5.1.2 永磁同步电机数学模型
• 5.1.3 硬件在回路仿真模型建立
• 5.1.4 ControlDesk界面设计
• 5.1.5 基于TMS320F2812控制器的硬件设计
• 5.2 永磁同步电机直接转矩控制系统软件结构
• 5.2.1 主程序设计流程图
• 5.2.2 各子程序的实现
• 5.3 半实物仿真结果分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢