混合动力客车集成一体化启动—发电机技术（ISG）与监控系统研究

论文摘要

在ISG混合动力系统中,ISG电动机与控制系统设计是混合动力传动系统设计的重点内容。整车控制策略是ISG混合动力电动汽车取得最佳的燃油经济性、较低的排放和良好动力性能的关键。在ISG混合动力系统中,由于电动机与发动机同轴连接,电动机的电动与发电运行只能与发动机保持相同的转速。这对电动机的控制是一个挑战。本文研究了ISG永磁同步电动机的矢量控制方法,并应用摩托罗拉DSP型单片机568F8367设计了ISG电机控制系统。电动机逆变器主要由六个IGBT组成,采用先进的SVPWM调制方法生成三相交流电压。在ISG电机实验测试平台上对电机控制系统进行了调试,并对控制器参数进行了优化。仿真及实验结果表明,电机及控制器系统完全达到了混合动力系统的性能指标。本文还对混合动力客车中HALL传感器的使用和无位置传感器电机系统进行了理论分析和实验研究,本文研究了ISG永磁同步电动机的直接转矩控制算法。直接转矩控制不需要通过反馈进行磁场定向,不需要测量电机转子位置,能够产生快速,可靠的电动机响应。应用Matlab/Simulink仿真工具建立了ISG永磁同步电动机的直接转矩控制系统,通过仿真结果分析了直接转矩控制的效果。对直接转矩控制中的弱磁控制进行了研究,提出了一种弱磁控制算法,并通过仿真进行了验证。直接转矩控制的主要缺点是转矩会脉动大,而且低速性能差。文中深入分析了直接转矩控制中转矩脉动大的原因,并对国内外学者的改进算法进行了总结,指出了直接转矩控制进一步研究的方向,应用的可能性。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.1.1 传统汽车工业面临的挑战
• 1.1.2 混合动力电动汽车的比较优势
• 1.1.3 ISG 及其相关技术发展状况
• 1.2 课题的国内外研究概况
• 1.2.1 混合动力电动汽车的发展
• 1.2.2 基于ISG 系统混合动力电动汽车的研究
• 1.3 混合动力客车ISG 系统的关键技术与存在的主要问题
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第二章 混合动力客车电机控制系统
• 2.1 混合动力电动汽车的结构模式
• 2.1.1 混合动力电动汽车的定义
• 2.1.2 混合动力电动汽车驱动系统结构
• 2.2 混合动力电动汽车的性能比较
• 2.2.1 串联式混合动力电动汽车的特点
• 2.2.2 并联式混合动力电动汽车的特点
• 2.2.3 混联式混合动力电动汽车的特点
• 2.2.4 不同形式的混合动力电动汽车的特性比较
• 2.3 本章小结
• 第三章 混合动力客车同轴电机控制系统
• 3.1 混合动力电动汽车ISG 系统分析
• 3.1.1 ISG 型HEV 动力传动系布置方案与工作原理
• 3.1.2 ISG 系统器件选型分析
• 3.1.3 ISG 系统部件功率需求计算
• 3.2 混合动力汽车ISG 电动机选型与设计要求
• 3.2.1 电动机选型比较
• 3.2.2 混合动力汽车ISG 电机的性能要求
• 3.2.3 电机控制器性能要求
• 3.3 ISG 永磁同步电动机建模
• 3.3.1 参考坐标系
• 3.3.2 dq 坐标系ISG 电机模型
• 3.3.3 永磁同步电动机的参数辨识
• 3.4 永磁同步电动机矢量控制
• 3.4.1 矢量控制基本原理
• 3.4.2 SVPWM 技术
• 3.4.3 ISG 电机矢量控制系统仿真
• 3.5 ISG 永磁同步电动机直接转矩控制
• 3.5.1 ISG 电机两相静止坐标系模型
• 3.5.1.1 直接转矩控制基本原理
• 3.5.1.2 直接转矩控制系统的实现
• 3.5.1.3 直接转矩控制系统的仿真
• 3.5.2 直接转矩控制的特点
• 3.5.2.1 直接转矩控制的特点
• 3.5.2.2 直接转矩控制转矩脉动的原因
• 3.5.2.3 改进方法概述
• 3.6 ISG 永磁同步电动机控制器软硬件设计
• 3.6.1 电机控制器硬件设计
• 3.6.1.1 控制器
• 3.6.1.2 驱动器
• 3.6.1.3 功率输出
• 3.6.2 电机控制器软件设计
• 3.6.2.1 控制器软件
• 3.6.2.2 PC 机软件
• 3.7 本章小结
• 第四章 混合动力客车同轴电机控制器中的HALL传感器应用
• 4.1 位置传感器在永磁电机中的作用
• 4.2 不同的传感器的特点
• 4.2.1 旋转编码器
• 4.2.2 旋转变压器
• 4.2.3 HALL 传感器
• 4.3 无位置传感器电机系统
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 扩展卡尔曼滤波方法
• 4.3.2.1 基本原理
• 4.3.2.2 仿真
• 4.3.3 直接计算法转速转角估算
• 4.3.3.1 基本原理
• 4.3.3.2 仿真
• 4.3.4 模型参考自适应方法
• 4.3.4.1 基本原理
• 4.3.4.2 仿真
• 4.3.5 基于自适应的电枢电流磁链全阶状态观测器策略
• 4.3.5.1 基本原理
• 4.3.5.2 仿真
• 4.3.6 基于反电势状态观测器策略
• 4.3.6.1 基本原理
• 4.3.6.2 仿真
• 4.4 HALL 在永磁同步电机中的应用
• 4.4.1 基于数字锁相环原理的HALL 传感器应用
• 4.4.1.1 基本原理
• 4.4.1.2 具体实现
• 4.4.1.3 测试结果
• 4.4.1.4 数据分析
• 4.4.2 基于无位置传感器原理的HALL 传感器应用
• 4.4.2.1 基本原理和具体实现
• 4.4.2.2 测试结果及数据分析
• 4.4.3 实际应用策略
• 4.4.3.1 基本原理
• 4.4.3.2 测试结果
• 4.4.3.3 数据分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 测试台架及监控系统
• 5.1 电机系统调试测试台架
• 5.2 混合动力汽车多能源动力总成试验台
• 5.3 测试监控系统
• 5.3.1 系统组成
• 5.3.2 问题及其改进
• 5.3.2.1 问题
• 5.3.2.2 改进
• 5.4 实验结果及数据分析
• 5.4.1 电机参数
• 5.4.2 测试条件
• 5.4.3 测试数据
• 5.4.4 数据分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文的研究背景与研究目标
• 6.2 本文完成的创新性工作与结论
• 6.3 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 读博士学位期间发表的论文
• 攻读博士学位期间参加的科研项目
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT