电动汽车用开关磁阻电动机直接转矩控制技术

论文摘要

电动汽车驱动系统是电动汽车的关键部分,其性能的好坏直接影响着汽车性能的优劣。现在作为电动汽车驱动系统应用的电动机主要有直流电机、交流电机和永磁电机。这三种电动机作为电动汽车的驱动系统存在着不少问题,直流电机因有电刷及换向器,在换向时容易产生火花,引起电磁干扰,使之无法适用高速、大容量场合,其作为电动汽车的驱动系统有逐渐被淘汰的趋势。交流电机功率因数低,控制较为复杂,逐渐失去其优势。永磁电机启动电流大,永磁材料价格昂贵,在震动及高温下容易退磁,造成电机性能下降。开关磁阻电动机因其启动电流小,启动转矩大,调速范围宽,高效节能,能在较复杂的环境下正常运行等特点受到越来越广泛的关注,其作为电动汽车的驱动系统有很大的优势。由于开关磁阻电动机本身的结构特点,在常规控制下转矩脉动大以及在一些现代控制方法下,虽然在抑制转矩脉动方面取得了不错的效果,但存在着控制过程较为复杂,不易于实时控制的问题。本文研究电动汽车用开关磁阻电动机直接转矩控制技术。开关磁阻电动机采用直接转矩控制直接控制转矩,响应速度快,能够有效地抑制电机转矩脉动,减少汽车震动及其对机械结构的损害。本文的主要内容有：(1)阐述了开关磁阻电动机的结构、遵循“磁阻最小”的工作原理和存在第一、第二临界速度的运行特性；阐述了开关磁阻电动机的直接转矩控制原理。(2)在直接转矩控制磁链定区的基础上,利用Matlab/Simulink工具对电动汽车用开关磁阻电动机直接转矩控制进行了建模仿真。仿真了给定转矩值与给定磁链值的关系。还仿真证明了无论是在转矩脉动减小方面还是在速度平稳方面,直接转矩都比常规控制优良的多,而且速度响应快,非常适合作电动汽车用开关磁阻电动机的控制策略。(3)分析了直接转矩控制下开关磁阻电动机的两种启动方法：一种启动方法是先给任意相通电建立起磁链得出磁链所在区,然后根据直接转矩控制规则电机旋转起来；另一种启动方法是由位置传感器得出转子位置,然后根据转子位置与磁链的关系得出磁链所在区,最后根据直接转矩控制规则电机旋转起来。(4)仿真比较了电动汽车用开关磁阻电动机在直接转矩控制下与在电流斩波控制下的单位电流出力情况,直接转矩控制下的单位电流出力要略小于在电流斩波控制下的单位电流出力。仿真比较了直接转矩控制和电流斩波控制下的磁链轨迹形状,通过磁链轨迹比较得出直接转矩控制要比电流斩波控制节能。(5)参与研制了基于智能模块IPM和DSPTMS320LF2407A作为核心CPU芯片的电动汽车用开关磁阻电动机控制器,提高了控制器的可靠性。直接转矩控制作为电动汽车用开关磁阻电动机的控制策略,解决了开关磁阻电动机控制复杂和转矩脉动大的问题,增加了乘客乘坐汽车时的舒适感,非常适合作电动汽车用开关磁阻电动机的控制；参与设计的基于智能模块IPM的开关磁阻电动机控制器比一般的控制器的可靠性提高了,延长了控制器的使用寿命,促进了电动汽车用开关磁阻电动机的实用化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2.开关磁阻电动机控制策略研究现状
• 1.3 本文主要工作和创新之处
• 第二章 开关磁阻电动机及其控制系统
• 2.1 开关磁阻电动机
• 2.1.1 开关磁阻电动机的结构及运行原理
• 2.1.2 开关磁阻电动机及其控制系统的构成
• 2.1.3 开关磁阻电动机及其驱动系统的特点
• 2.2 开关磁阻电动机的数学模型
• 2.2.1 开关磁阻电动机的电路方程
• 2.2.2 开关磁阻电动机的机械方程
• 2.3 开关磁阻电动机的运行特性
• 第三章 直接转矩控制技术
• 3.1 交流异步电机的直接转矩控制原理
• 3.1.1 交流异步电机的矢量控制
• 3.1.2 交流异步电机的直接转矩控制
• 3.2 开关磁阻电动机直接转矩控制技术
• 3.2.1 开关磁阻电动机的转矩特性分析
• 3.2.2 开关磁阻电动机直接转矩控制
• 3.3 开关磁阻电动机直接转矩控制中电机的启动原理
• 第四章 电动汽车用开关磁阻电动机直接转矩控制仿真
• 4.1 磁链定区
• 4.2 Matlab/Simulink
• 4.3 建模与仿真
• 4.3.1 电动汽车用开关磁阻电动机直接转矩控制仿真模型
• 4.3.2 电动汽车用开关磁阻电动机模型
• 4.3.3 功率变换器模块
• 4.4 汽车踏板施力值与给定磁链值的关系
• 4.5 仿真结果分析
• 第五章 基于IPM的电动汽车用开关磁阻电动机控制器研制
• 5.1 电动汽车用开关磁阻电动机控制器的硬件设计
• 5.2 电动汽车用开关磁阻电动机控制器的性能指标
• 5.3 功率变换器及驱动电路的设计
• 5.3.1 功率变换器器件的选择
• 5.3.2 IPM的结构及性能特点
• 5.3.3 IPM驱动和保护电路的设计
• 5.4 电流检测电路的设计
• 5.5 电压检测电路的设计
• 5.6 位置检测电路的设计
• 5.7 核心CPU及外围电路设计
• 5.8 控制器的软件设计
• 第六章 结论及展望
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 参考文献