混合动力电动车中高性能Z源逆变器控制器研究

论文摘要

在混合动力电动车系统中,DC/DC变换器与逆变部分的性能要求高效、低成本和高可靠性。高性能Z源逆变器由于功能上可以完全取代传统DC/DC变换器和逆变器且可靠性高因此可适用于混合动力电动车系统。与传统DC/DC变换器和逆变器相比,高性能z源逆变器具有以下优点：不需要设置死区时间,可以同时实现升压和降压的功能,宽范围输出,低电流谐波和电流尖峰。本文主要针对高性能Z源逆变器进行研究,研究内容如下所示：本文首先介绍了高性能Z源逆变器的理论知识和相关参数的设计,然后从谐波特性和升压降压容量两个方面,比较了基于直通的改进空间矢量调制方法和直通简单直通升压控制两种调制方法。从比较结果可以看出,基于直通的改进空间矢量调制方法更适合于高性能Z源逆变器系统。由于直流输入电压、Z源网络的参数和异步电动机的参数的波动都会影响高性能z源逆变器的输出电压的稳定性,而高性能z源逆变器输出电压的稳定性将直接影响到电动车的性能。因此,研究和设计一个合适的电压尖峰控制器具有非常重要的意义。在高性能Z源逆变器中,直流电压无法直接控制,而需要通过调整直流尖峰电压来控制,直流尖峰电压与Z源网络中的电容电压和系统中的直通占空比有关。考虑到控制器会影响到整体谐波失真和电机的速度性能,本文从响应速度和输出电流谐波失真两方面,比较了不同控制策略如普通PI控制器、模糊控制器、自适应PI控制器之间的优缺点,选取了最合适的控制策略。结果显示模糊控制器的效果最佳。结合直接转矩控制和基于直通的改进空间矢量调制方法的异步电动机速度闭环控制器具有以下优点：快速的转矩响应,低转矩稳态波动,高精度,输出电压的平稳性,且符合混合动力电动车的性能需求。为了可以提高混合动力电动车中异步电动机的性能,对于异步电动机速度的控制期望是可以克服电机参数的变化和环境变化的影响,本文提出了一种自适应模糊PI控制器。该控制器可以根据通过合适的模糊规则,根据电机参数和负载转矩的变化在线调整PI控制器的参数。本文将该自适应模糊PI控制器的控制效果与其他智能控制算法进行比较。评判标准为速度误差整体的绝对值,该评判标准最接近于系统性能的要求。结果表明自适应模糊PI控制器对于电机参数的变化而言具有很好的鲁棒性,非常适合异步电动机的速度控制。本文对于上述的方法,分别在Matlab上进行了仿真验证,部分方法在dSPACE DS1103硬件平台上进行了初步的实验验证。

论文目录

• Abstract
• 摘要
• 1 Introduction
• 1.1 Problems in hybrid electric vehicle
• 1.2 Introduction to Z-source inverter
• 1.3 Classification of Z-source inverter
• 1.4 Introduction to the DTC-SVM-based speed control methods for induction motor
• 1.5 Basic ideas
• 1.6 Dissertation organization
• 2 Basic Theory
• 2.1 Introduction
• 2.2 Equivalent circuit,operating principle of HP-ZSI
• 2.3 Analysis model,equivalent circuit of induction motor
• 2.4 Conclusions
• 3 Pa rameters Design of High Performance Z-source Inverter
• 3.1 Introduction
• 3.2 Parameters Design of Z-source network
• 3.3 The semiconductor devices for inverter designing
• 3.4 Parameters Calculation of HP-ZSI three-phase AC load
• 3.5 Conclusions
• 4 Comparison of Shoot-through Pulse Width Modulation Control for HP-ZSI
• 4.1 Introduction shoot-through pulse width modulation control for HP-ZSI
• 4.2 The simple boost control
• 4.3 Modified space vector modulation
• 4.4 Total switching device power of above two methods
• 4.5 Simulation results of MSVM and SBC methods
• 4.6 Conclusions
• 5 Control Strategies for the DC-link Voltage of the HP-ZSI
• 5.1 Analysis dynamic modeling of HP-ZSI
• 5.2 Control strategies for the DC-link voltage of the HP-ZSI
• 5.3 Design controller for the PDV of the HP-ZSI
• 5.4 Simulation results
• 5.5 Experiment results
• 5.6 Conclusions
• 6 The Speed Control Strategies of Induction Motor
• 6.1 Direct torque control scheme combined with modified space vector modulation （DTC-MSVM）
• 6.2 Design controller for electromagnetic torque and stator flux
• 6.3 Design controller for the speed of induction motor
• 6.4 Simulation results and discussions
• 6.5 Conclusions
• 7 Summary
• 7.1 Conclusions
• 7.2 Future works
• Appendix
• Acknowledgments
• Publications
• References