高性能IPMSM调速控制方法的研究

论文摘要

内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, IPMSM)由于高功率密度、高效率及宽的调速范围等优点适合作为电动汽车的驱动电机,现已成为电动汽车的首选电机。本文针对电动汽车对电机驱动控制性能在输出转矩,运行稳定性,动态响应速度,调速范围,效率等方面的要求,对调速控制策略进行了研究及仿真验证。首先,采用反馈补偿的方法对电流控制器进行解耦控制,并完成解耦电流控制器的参数计算,提高电流控制器的动态响应,对电流控制器的电压饱和进行仿真分析,同时对反计算法的抗电压饱和方法进行研究,分析其对弱磁控制存在的副作用。其次,将内置式永磁同步电机的弱磁控制与电流控制器的电压饱和进行综合考虑,设计了基于空间矢量脉宽调制(Space Vector Pulse Width Modulation SVPWM)过调制的抗电压饱和的弱磁控制方法,该弱磁控制算法是对电流控制器的输出电压与通过SVPWM过调制后输入给电机的电压之间的差值进行处理,进而调整d轴电流,实现弱磁升速。最后,建立调速控制系统的Simulink仿真模型,通过仿真对设计的弱磁控制算法进行比较验证,验证算法的可行性。该弱磁控制算法可以提高直流侧电压的利用率,扩大高速区的运行范围,提高转矩输出能力,同时算法中包含抑制电压饱和的环节,可以提高电流控制器的动态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 IPMSM及其高性能调速控制策略的研究现状
• 1.2.1 永磁材料的发展
• 1.2.2 IPMSM的结构特点
• 1.2.3 高性能IPMSM调速控制策略
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 IPMSM的调速控制原理
• 2.1 IPMSM的数学模型
• 2.1.1 矢量坐标变换
• 2.1.2 不同坐标系下的IPMSM数学模型
• 2.2 IPMSM的基本电磁关系
• 2.2.1 电压极限椭圆和电流限制圆
• 2.2.2 基本电磁参数
• 2.3 IPMSM矢量控制方法
• 2.3.1 单位电流最大转矩控制
• 2.3.2 弱磁控制
• 2.4 电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）
• 2.4.1 正弦SVPWM的调制原理
• 2.4.2 SVPWM过调制技术
• 2.4.3 SVPWM的仿真实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 IPMSM控制系统的电流控制器研究
• 3.1 高性能解耦电流控制器
• 3.1.1 电流控制器的解耦控制
• 3.1.2 电流控制器的参数计算
• 3.2 电流解耦控制器的电压饱和
• 3.3 电流控制器电压饱和的仿真分析
• 3.4 IPMSM调速系统抗电压饱和控制
• 3.4.1 反计算法的抗电压饱和
• 3.4.2 反计算法的抗电压饱和对弱磁控制的副作用
• 3.5 本章小结
• 第4章 优化的弱磁控制算法
• 4.1 弱磁控制原理
• 4.2 弱磁控制方案
• 4.3 基于抗电压饱和的弱磁控制算法
• 4.3.1 控制原理
• 4.3.2 弱磁控制算法的实现
• 4.4 弱磁控制系统的建模与仿真
• 4.5 本章总结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况
• 致谢