电动汽车用永磁同步电机驱动系统的研究与实现

论文摘要

电动汽车以电能为能源，具有零排放低污染的突出优点，是当前能源短缺、环境污染情况下诞生的新一代交通工具。而驱动电机及其驱动系统是电动汽车上的核心部分，本文以电动汽车为出发点，对其所用电机驱动系统进行了研究。本文首先对电动汽车的各种驱动电机进性了性能上的分析与比较，选择内置式永磁同步电机作为电动汽车的驱动电机。分析了内置式永磁同步电机的数学模型，从工业应用角度出发提出了最大转矩/电流控制的曲线模拟化控制，提高了系统运行效率。通过与传统最大转矩/电流控制的方案的仿真实验比较，验证了本文所提方案的正确性与可行性。其次本文针对电动汽车对电机驱动系统的宽调速范围的特殊要求，提出了超前角弱磁控制方案，并对电机参数对整个弱磁控制性能的影响进行了理论上的分析。通过构建一个新的电压指数外环，实时检测电机端对直流母线电压的利用率，成功实现弱磁模式下定子电流分量的再次分配。仿真实验结果表明，该弱磁控制方案弱磁过渡平滑且具有高倍弱磁扩速能力。此外本文针对电动汽车的复杂运行工况，提出了基于模糊PID控制器的矢量控制方案，并与传统PID控制进行了大量仿真实验比较。结果表明模糊PID控制器的使用使得系统超调小，动态响应速度快，抗干扰能力强，适合复杂的运行工况。最后本文将最大转矩/电流控制的曲线模拟控制方案与超前角弱磁控制方案有机结合，介绍了系统软件设计方案与相关流程，并将其应用于以TMS320f2812为主控芯片的控制平台。以实验机组为基础，进行了不同负载情况下的动态响应能力、抗干扰能力以及宽调速范围的相关实验，实验结果与分析表明本文所提方案的有效性与工业应用能力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外电动汽车发展现状与趋势
• 1.3 电动汽车驱动系统所用各种电机性能比较
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 永磁同步电机 MTPAC 的曲线模拟控制
• 2.1 永磁同步电机数学模型
• 2.2 传统最大转矩/电流控制
• 2.3 最大转矩/电流控制的曲线模拟控制
• 2.3.1 最小二乘法的原理与应用
• 2.3.2 最大转矩/电流控制的曲线拟合
• 2.4 仿真分析
• 2.4.1 MTPAC 曲线模拟控制仿真分析
• 2.4.2 传统最大转矩/电流控制仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 永磁同步电机弱磁控制的理论分析与研究
• 3.1 弱磁控制原理
• 3.2 电机参数对弱磁控制的影响
• 3.3 IPMSM 超前角弱磁控制的理论分析
• 3.3.1 超前角弱磁控制理论
• 3.3.2 超前角弱磁原理框图设计
• 3.4 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电机模糊 PID 控制算法的研究
• 4.1 模糊控制原理
• 4.2 模糊控制器的设计
• 4.2.1 控制器结构
• 4.2.2 模糊接口的设计
• 4.2.3 模糊控制规则的设计
• 4.2.4 去模糊化设计
• 4.3 基于模糊 PID 控制器的闭环系统仿真模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统软件设计及其实验结果分析
• 5.1 系统软件设计
• 5.1.1 系统程序结构设计
• 5.1.2 初始化程序设计
• 5.2 中断程序设计
• 5.2.1 主中断程序设计
• 5.2.2 1ms 通讯中断程序设计
• 5.3 实验结果及其分析
• 5.3.1 实验平台
• 5.3.2 实验结果与分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间参加的科研项目
• 致谢