电动汽车驱动装置效率最佳的控制方法研究

论文摘要

近年来，随着国际能源形势日趋紧张以及人们对机电设备高性能化的要求不断提高，应用广泛的变频驱动异步电动机的效率最优控制问题引起了人们的强烈关注。特别是随着电动汽车研究热潮的兴起，电动汽车对其异步电机变频驱动系统提出了更加苛刻的要求，不但要求损耗最小，而且要求响应速度快。对于诸如电动汽车这类对节能和动态控制性能都有较高要求的应用场合，实现其异步电机驱动系统的最优控制有三个关键问题：一是如何获取最优转子磁链，实现最小损耗控制；二是设计快速动态响应控制策略，避免因弱磁优化控制而引起的系统动态性能下降；三是设计高性能闭环控制策略，使系统在参数时变、磁链变化大和存在负载扰动等情况下仍具有优良的调速性能。本文首先分析了异步电动机损耗特性，建立了矢量控制变频驱动异步电机的损耗模型，得出了基于模型的最小损耗控制策略和最优磁链的变化规律。设计了基于梯度法和黄金分割法的搜索控制器，优化变频调速异步电机的效率。研究表明，黄金分割法的收敛速度优于梯度法，但在搜索过程中磁链的波动程度并没有减小。因此提出了一种改进的黄金分割算法。结合损耗模型控制器与搜索控制器的优点提出一种新的混合型最小损耗控制策略。这种控制策略的思路是：首先根据损耗模型得到近似的最优磁链，再通过在线搜索寻找最小输入功率运行点。这种策略兼有收敛速度快和对参数变化鲁棒性强的优点，是一种颇具发展前途的异步电机效率优化控制策略。针对变频调速系统最小损耗控制中存在的以牺牲动态响应速度为代价来换取效率提高的问题，研究了基于动态电流分配的快速响应控制策略，研究结果表明，该方案具有优异的动态性能，显著降低了异步电机最小损耗系统突加负载时的转速降落，使电机的动态响应性能得到大幅度改善，是解决电驱动系统最小损耗控制与快速响应控制之间矛盾的有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 变频调速及其控制策略概述
• 1.1.1 变频调速技术的发展历史及现状
• 1.1.2 变频调速控制策略及其发展
• 1.1.3 发展趋势
• 1.2 电动汽车对电驱动系统的要求
• 1.2.1 电驱动系统的构成
• 1.2.2 电动汽车对电驱动系统的要求
• 1.3 异步电动机最小损耗控制技术的研究现状
• 1.3.1 最小损耗控制的研究意义
• 1.3.2 最小损耗控制的研究现状
• 1.3.3 目前的研究热点
• 1.4 本文的研究背景与主要工作
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 主要工作及章节安排
• 2 基于损耗模型的变频调速异步电动机最小损耗控制
• 2.1 引言
• 2.2 变频驱动异步电动机的损耗分析
• 2.2.1 PWM逆变器的损耗分析
• 2.2.2 异步电动机的损耗分析
• 2.3 变频驱动异步电机最小损耗控制原理
• 2.3.1 异步电机矢量控制基本原理
• 2.3.2 考虑铁损的异步电动机动态数学模型
• 2.3.3 异步电机最小损耗控制原理
• 2.4 变频驱动异步电动机损耗模型的建立
• 2.4.1 考虑铁损时的异步电动机等效电路
• 2.4.2 损耗模型的建立
• 2.5 最优磁链的选择和仿真研究
• 2.5.1 最优磁链的选择
• 2.5.2 仿真研究
• 3 基于搜索法的异步电机最小损耗控制研究
• 3.1 引言
• 3.2 基于梯度法的在线搜索控制器
• 3.2.1 梯度法在搜索控制中的应用
• 3.2.2 仿真研究
• 3.3 基于黄金分割法的搜索控制器
• 3.3.1 黄金分割算法
• 3.3.2 仿真研究
• 3.3.3 损耗模型控制器与在线搜索控制器的比较分析
• 3.3.4 改进的黄金分割法搜索控制器
• 3.3.5 混合最小损耗控制器
• 3.4 仿真研究
• 3.5 小结
• 4 异步电动机最小损耗快速响应控制研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于动态电流分配的快速响应控制
• 4.2.1 动态电流分配原则
• 4.2.2 仿真研究
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢