电动汽车用永磁同步电机自抗扰控制研究

论文摘要

电动机是电动汽车动力系统的核心,因此电动汽车用电机的控制技术也必然是电动汽车核心技术之一。永磁同步电机以其效率高、功率密度大和转矩/惯量比大等优点,在电动汽车驱动控制应用中占有很大份额。本文在分析PMSM数学模型及自抗扰控制技术的基础上,对永磁同步电机进行了合理和有效的模型分析,并利用自抗扰控制技术设计了相应控制系统的电流调节器。基于q轴电流调节器,搭建了速度扰动函数模型及结构框图,完成对PMSM速度的估计。为了抑制负载、摩擦力矩和转动惯量的变化对PMSM速度伺服系统的影响,本文将以上参数的变化视为伺服系统的扰动量,推导出速度环与位置环自抗扰控制的数学模型,提出了PMSM伺服系统速度跟踪控制的自抗扰控制策略。MatLAB仿真表明,在从Or/min到2000r/min的调速范围内,均能很好地抑制负载和转动惯量对调速系统的影响,并且对摩擦力矩给与有效补偿,克服了伺服系统速度跟踪中的“死区”现象。同时,还利用ADVISOR仿真软件设计了以镍氢蓄电池组和永磁同步电动机驱动的整体电动汽车动力系统,建立蓄电池、电动机及驱动系统和整车仿真模型。经过对整车动力性能仿真分析,表明该车动力系统设计方案是实用、可行的。最后,基于TI公司的DSP,对一台实际永磁同步电机进行了部分控制系统的实验,进一步验证了本文所提出的控制策略的正确性。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电动汽车发展与现状
• 1.2.1 电动车用电机发展现状
• 1.2.2 电动车用永磁同步电机控制技术发展现状
• 1.3 永磁同步电机无位置传感器控制技术发展现状
• 1.3.1 电磁关系估计法
• 1.3.2 旋转坐标估计法
• 1.3.3 状态观测器估计法
• 1.3.4 电感估计法
• 1.3.5 人工智能估计法
• 1.4 永磁同步电机伺服控制策略概述
• 1.5 论文主要工作
• 第2章 永磁同步电动机基本数学模型及其矢量控制
• 2.1 永磁同步电机的种类与结构
• 2.1.1 永磁同步电动机的结构
• 2.1.2 永磁同步电动机的种类
• 2.2 坐标变换基本原理
• 2.2.1 三相定子坐标系和两相定子坐标系之间的坐标变换
• 2.2.2 两相定子静止坐标系与两相转子旋转坐标系之间的坐标变换
• 2.3 永磁同步电机的数学模型
• 2.3.1 永磁同步电机在静止坐标系（ABC）上的模型
• 2.3.2 永磁同步电机在静止坐标系（α-β）上的模型
• 2.3.3 永磁同步电机在旋转坐标系（d-q）上的模型
• 2.4 三相永磁同步电动机的矢量控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 自抗扰控制器原理
• 3.1 自抗扰控制器的发展
• 3.1.1 经典PID结构及其优缺点
• 3.1.2 反馈系统中的线性与非线性
• 3.1.3 模型论与控制论
• 3.1.4 跟踪-微分器的产生和新型PID控制器
• 3.1.5 扩张状态观测器的发明和自抗扰控制器的诞生
• 3.2 自抗扰控制器数学模型
• 3.2.1 跟踪─微分器形式
• 3.2.2 扩展状态观测器形式
• 3.2.3 非线性状态误差反馈控制律形式
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于自抗扰控制器的永磁同步电机控制
• 4.1 永磁同步电动机控制器设计原则
• 4.2 基于自抗扰控制器的PMSM转子速度和位置估计
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 仿真结果
• 4.3 基于自抗扰控制器的PMSM伺服系统速度环控制策略
• 4.3.1 数学模型
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 基于ADVISOR的整车仿真
• 4.4.1 汽车仿真软件Advisor简介
• 4.4.2 控制策略仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁同步电动机控制器初步设计与分析
• 5.1 实验条件
• 5.2 硬件设计
• 5.2.1 系统主回路
• 5.2.2 检测电路
• 5.2.3 通讯电路
• 5.3 软件设计
• 5.3.1 DSP主程序
• 5.3.2 自抗扰控制器程序
• 5.3.3 定时器TIMER1下溢中断服务程序
• 5.3.4 上位机与DSP间的CAN通讯程序
• 5.4 测试结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 全文总结与展望
• 参考文献
• 摘要
• Abstract
• 致谢