电动自行车用开关磁阻电机驱动系统的研究

论文摘要

近年来,随着现代城市的迅速发展,城市规模的不断扩大,城市交通问题、环境污染问题和能源方面的问题日益受到人们的关注。世界发达国家在研究开发新一代电动汽车的同时也在积极开发电动摩托车和电动自行车。在我国,从人均收入和人民居住条件以及相关企业的经济实力和技术条件来看,电动自行车及摩托车的研究与开发无疑是最具吸引力的发展方向之一。本文针对目前市场上广泛应用的永磁无刷电动自行车驱动系统固有的缺点,及目前所用铅酸蓄电池能量密度低,续航里程短的问题,采用了基于开关磁阻电机驱动的电动自行车系统,以其优异的起动能力、在宽转速范围内的优异性能及电动模式与再生制动模式之间方便切换等优点,特别适合电动自行车运行的需求。首先针对轮毂式电机这一特殊性要求,对比分析了三种不同结构的外转子开关磁阻电机在起动、过载、效率等方面的性能,得出了优化齿极数的方向;其次在开关磁阻电机MATLAB/SUMLINK非线性模型的基础上建立了电动自行车动力学模型,进行了电动模式及再生制动模式的参数优化,对再生制动的优化策略进行了详尽的研究分析,得出了符合本实验样机的一套控制方案;最后进行了基于DSC芯片dspPIC30F3011的电动自行车驱动系统的软硬件的开发,实现了电动自行车的多项功能,如巡航定速、刹车断电、过欠压保护、过温保护,并进行了台架实验,验证了仿真参数优化的效果,达到了预期的目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 当前国内外市场现状及电动自行车相关技术
• 1.2.1 国内外市场现状
• 1.2.2 目前电动自行车的相关技术
• 1.3 本文的研究目的及主要内容
• 1.3.1 SR 电机基本工作原理及控制方式
• 1.3.2 研究目的及主要内容
• 1.4 小结
• 第二章 电动自行车驱动电机方案设计
• 2.1 概述
• 2.2 方案选取
• 2.2.1 电机结构的选取原则
• 2.2.2 外转子电机的方案
• 2.3 基于 JMAG-Studio 的开关磁阻电机模型
• 2.3.1 基本参数确定
• 2.3.2 基于JMAG-Studio 的开关磁阻电机模型
• 2.4 三种方案的对比
• 2.4.1 电机额定点最大效率的比较
• 2.4.2 过载能力对比
• 2.4.3 低速性能对比
• 2.5 小结
• 第三章 电动自行车驱动系统建模
• 3.1 概述
• 3.2 开关磁阻电机非线性建模的数学模型
• 3.3 机电复合系统运动过程的动力学分析
• 3.3.1 电动自行车的行驶阻力
• 3.3.2 行驶中车轮受力分析
• 3.4 MATLAB 建模
• 3.4.1 建模思路
• 3.4.2 电动自行车动力学模型
• 3.5 小结
• 第四章 电动自行车控制策略的研究
• 4.1 概述
• 4.2 电动模式参数优化
• 4.2.1 SR 电机起动转矩的矩角特性
• 4.2.2 角度控制模式下的角度优化
• 4.2.3 整车电动运行控制策略
• 4.3 再生制动控制
• 4.3.1 再生制动原理
• 4.3.2 角度位置的影响
• 4.3.3 占空比的影响
• 4.3.4 电磁制动力对电动自行车性能的影响
• 4.3.5 控制策略的优化选取
• 4.4 小结
• 第五章 电动自行车系统软硬件的开发
• 5.1 电动自行车控制系统的硬件设计
• 5.1.1 功率变换器与驱动电路
• 5.1.2 位置信号检测及预处理
• 5.1.3 电流采样及过流保护电路
• 5.1.4 电流斩波电路
• 5.1.5 全数字控制系统
• 5.2 基于 dsPIC3011 的电动自行车用 SR 电机驱动系统软件设计
• 5.2.1 捕获中断程序
• 5.2.2 转速计算子程序
• 5.2.3 角度计算子程序
• 5.2.4 电动自行车功能模块
• 5.2.5 GAL 程序的设计
• 5.3 小结
• 第六章 实验结果及分析
• 6.1 概述
• 6.2 样机实物及实验平台
• 6.3 电动模式下实验及分析
• 6.4 发电模式下实验及分析
• 6.5 小结
• 第七章 全文总结及展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 进一步研究工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文