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电动汽车永磁同步电机直接转矩控制方法的研究

作　者: 王建超
导　师: 何朕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 直接转矩控制电动汽车永磁同步电机滑模控制棒棒控制
分类号: U464.142.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着汽车的普及,传统燃油车带来的一系列问题将不容忽视。对不可再生能源依赖的增强、二氧化碳排放量的不断增加、环境污染加剧等问题给国家安全和人们的生活造成了严重的威胁。世界各大汽车厂商纷纷将电动汽车作为未来解决上述问题的一个重要发展方向。目前,我国对电动汽车技术的发展同样给予了高度的重视。而能否掌握电动汽车电机的驱动技术,将是能否掌握电动汽车核心技术的关键之一。近年来,随着永磁材料技术的不断成熟和成本的不断降低,永磁同步电机以其高能量密度、高效率、易维护等优点,赢得了越来越广泛的关注。本文以永磁同步电机为被控对象,对电动汽车永磁同步电机直接转矩控制方法进行了细致的研究。论文在介绍了电机常用坐标系和部分坐标变换之间关系的基础上,分析并建立了永磁同步电机的数学模型,并最终给出了以转矩和磁链幅值为输出的系统状态空间方程。由于基于Bang-Bang控制的直接转矩控制存在对控制频率要求高,在实际系统中难以实现的问题,本文选择了滑模直接转矩控制方法进行研究。基于永磁同步电机的状态空间方程,首先给出了直接转矩滑模控制律的设计过程,并通过选择李亚普诺夫函数证明了系统的稳定性。接着给出了滑模直接转矩控制MATLAB/SIULINK的仿真实现方法。为了使仿真更接近于真实情况,对仿真做了进一步的改进。依照真实电动汽车动力系统的组成,在仿真模块中加入了整车控制和汽车负载两个单元。通过同Bang-Bang直接转矩控制仿真结果对比,说明了基于滑模控制策略的直接转矩控制获得了较好的转矩控制效果。为了更深入的研究电动汽车永磁同步电机的直接转矩控制方法,有必要建立一个物理的实验环境。文中最后给出了电机驱动器的设计、电机控制器的软件设计等相关的内容。在此基础上,建立了一套基于测功机的电动汽车永磁同步电机实验系统,目前该实验系统的大部分功能均已实现。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 课题研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
  1.3 本文的研究内容与组织结构  13-15
第2章永磁同步电机的数学模型  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 坐标系变换  15-18
    2.2.1 αβ定子坐标系  16-17
    2.2.2 dq 转子坐标系  17-18
  2.3 永磁同步电机数学模型  18-20
    2.3.1 自然坐标系下电机模型  18-19
    2.3.2 αβ坐标系下电机模型  19-20
    2.3.3 dq 坐标系下电机模型  20
  2.4 永磁同步电机状态空间方程  20-21
  2.5 本章小结  21-23
第3章电动汽车直接转矩滑模控制方法的研究  23-40
  3.1 引言  23
  3.2 滑模变结构控制的原理  23-25
  3.3 DTC滑模变结构控制器的设计  25-28
  3.4 电动汽车滑模DTC的仿真实现  28-33
    3.4.1 滑模控制器的仿真实现  28-30
    3.4.2 转矩和磁链观测的仿真实现  30-31
    3.4.3 空间矢量脉宽调制的仿真实现  31-32
    3.4.4 电动汽车负载  32-33
  3.5 直接转矩控制方法的仿真与分析  33-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章永磁同步电机控制实验系统的开发  40-55
  4.1 引言  40
  4.2 实验系统的结构设计  40-42
  4.3 实验系统的硬件开发  42-50
    4.3.1 主控制器选型  42-43
    4.3.2 智能功率模块  43-44
    4.3.3 IPM隔离驱动  44-45
    4.3.4 母线电压检测  45-48
    4.3.5 相电流检测  48
    4.3.6 硬件过流保护  48-49
    4.3.7 散热器温度检测  49-50
  4.4 实验系统的软件开发  50-52
    4.4.1 系统软件结构和功能  50-51
    4.4.2 控制算法代码自动生成  51-52
  4.5 实验系统的实现  52-54
  4.6 本章小结  54-55
结论  55-57
参考文献  57-61
致谢  61

电动汽车永磁同步电机直接转矩控制方法的研究

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