基于矢量控制的混合动力汽车永磁同步电机驱动系统研究

论文摘要

混合动力汽车通常是指同时装有内燃机和电动机两套动力系统的车辆,与传统汽车相比,它在动力性、经济性和节能减排等方面具有显著优势,成为国内外汽车发展的热点。电机驱动系统是混合动力汽车的核心,其中永磁同步电机因其具有高效率、高功率密度、调速性能良好等优点而成为混合动力汽车用驱动电机的主流选择,因而对其驱动控制技术的研究具有重要的实际意义。本文首先建立了永磁同步电机的数学模型,分析了经典矢量控制方法和空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术,在此基础上提出了电流环带偏差解耦补偿的改进矢量控制方案和简化SVPWM算法,并在MATLAB/Simulink环境下建立了基于最大转矩/电流比控制策略的改进矢量控制系统仿真模型,通过仿真分析验证了改进算法的优越性。论文重点介绍了以TMS320F2812为核心的PMSM控制器的软硬件设计,详细阐述了电流信号和位置信号的传感器接口电路和各部分软件处理流程,同时结合车载使用环境对控制器进行了总成结构的设计,并通过台架实验对PMSM驱动控制系统整体设计方案进行了验证,给出了具体实验波形及数据。最后,为满足电机驱动系统的整车实用性,介绍了混合动力实验样车的设计方案和开发过程,通过大量道路实验,验证了PMSM驱动控制系统配合整车运行的可行性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 混合动力汽车简介
• 1.2.1 混合动力汽车分类
• 1.2.2 ISG 技术发展
• 1.3 ISG 混合动力汽车电力驱动系统概述
• 1.3.1 ISG 混合动力汽车电力驱动系统结构组成
• 1.3.2 ISG 电动机的选型
• 1.3.3 永磁同步电机控制策略
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 永磁同步电机数学模型及矢量控制原理
• 2.1 永磁同步电机转子磁路结构
• 2.1.1 表面式转子磁路结构
• 2.1.2 内置式转子磁路结构
• 2.2 永磁同步电机的数学模型
• 2.2.1 永磁同步电机坐标变换原理
• 2.2.2 永磁同步电机在d-q 坐标系下的数学方程
• 2.3 永磁同步电机的经典矢量控制
• 2.3.1 矢量控制系统结构组成
• 2.3.2 电机矢量控制运行的约束条件
• 2.3.3 定子电流的最佳控制
• 2.4 空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术
• 2.4.1 SVPWM 的基本原理
• 2.4.2 SVPWM 的经典算法分析
• 2.4.3 SVPWM 的简化算法实现及仿真验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 矢量控制系统电流控制器的分析与设计
• 3.1 电流反馈解耦调节器
• 3.1.1 电流反馈解耦的本质
• 3.1.2 电流反馈解耦的特性分析
• 3.2 电压前馈补偿解耦调节器
• 3.2.1 前馈补偿设计
• 3.2.2 前馈补偿器解耦本质
• 3.2.3 前馈补偿解耦的特性分析
• 3.3 偏差解耦调节器
• 3.3.1 偏差解耦设计
• 3.3.2 偏差解耦的特性分析
• 3.4 仿真与结果分析
• 3.4.1 仿真系统设计
• 3.4.2 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁同步电机驱动控制系统的实现
• 4.1 系统硬件设计
• 4.1.1 系统硬件总体结构组成
• 4.1.2 系统主驱电路设计
• 4.1.3 电流采样单元
• 4.1.4 速度与转子位置检测单元
• 4.1.5 过流保护单元
• 4.1.6 控制器总成结构设计
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 软件参数定标
• 4.2.2 软件流程
• 4.2.3 位置和速度信号的读取与处理
• 4.2.4 电流采样信号的定标与校准
• 4.3 实验台架构建与结果分析
• 4.3.1 PMSM 台架实验
• 4.3.2 动力总成台架实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 混合动力样车电驱动系的设计与实现
• 5.1 混合动力样车电驱动系整体结构
• 5.2 CAN 总线通信网络的构建
• 5.2.1 通信网络的构成
• 5.2.2 通信网络的协议设计
• 5.3 混合制动方案
• 5.4 散热系统设计
• 5.5 整车实验研究
• 5.5.1 混合动力样车的改装调试
• 5.5.2 混合动力样车基本运行工况的实现
• 5.5.3 混合动力样车道路试验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢