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永磁无刷直流电机回馈制动控制技术

作　者: 刘硕洋
导　师: 韩旭
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 电动汽车永磁无刷直流电机回馈制动模糊控制恒转矩控制
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在当今环境保护与能源危机的双重压力下，零污染、低能耗的电动汽车已受到世界各国的高度重视，致使电动汽车技术在近年来取得了突破性的进展。但是，由于电池技术在短时间内无法取得革命性地进步，因此如何提高续驶里程成为了电动汽车发展的首要任务。在这种背景下，电动汽车用电机控制技术成为了提高电动汽车性能的关键因素。为了高效地利用有限的电动汽车能量，本文对永磁无刷直流电机的回馈制动技术进行深入地探讨分析。本文首先介绍电动汽车及其专用电机的发展现状，并阐述回馈制动技术的研究意义。简要介绍永磁无刷直流电机基本结构及其工作原理，建立永磁无刷直流电机的数学模型。以此为基础，在MATLAB/Simulink平台上建立了永磁无刷直流电机调速系统数值仿真模型，并进行仿真分析。仿真结果表明该系统具有良好的调速性能。然后，介绍回馈制动的基本原理，比较分析了半桥调制和全桥调制两种不同调制方式下回馈制动过程的电路状态。在此基础上进一步分析一个PWM周期内的回馈制动电流、占空比、反电动势等参数间的关系。比较与分析了不同回馈制动控制策略的优缺点，最后确定采用恒转矩控制策略作为本文的控制策略。为实现恒转矩控制目标，本文基于模糊控制理论设计了模糊控制器，并以此为核心建立了永磁无刷直流电机回馈制动系统的数值仿真模型。仿真结果分析表明，本文采用的控制策略及模糊控制器能够使控制系统达到较好地制动效果和能量回馈效果。为使本文提出的永磁无刷直流电机回馈控制算法得到验证，设计了永磁无刷直流电机试验台，并详细介绍了主要部件的功能与选择原则。经过对试验台机械部件的设计、建模以及加工之后，安装了试验台的机械结构部分，为下一步进行电机控制试验建立了基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题研究背景  10-14
    1.1.1 电动汽车的发展概况  10-11
    1.1.2 电动汽车用电机发展现状  11-12
    1.1.3 永磁无刷直流电机的技术优势及国内外研究现状  12-14
  1.2 电动汽车回馈制动技术国内外发展现状  14
  1.3 研究回馈制动技术的意义  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
第2章永磁无刷直流电机原理与建模仿真  17-29
  2.1 永磁无刷直流电机的基本结构及工作原理  17-22
    2.1.1 永磁无刷直流电机的基本结构  17-20
    2.1.2 永磁无刷直流电机的工作原理  20-22
  2.2 永磁无刷直流电机的数学模型  22-23
  2.3 永磁无刷直流电机建模仿真  23-28
    2.3.1 仿真软件简介  23-24
    2.3.2 永磁无刷直流电机调速系统仿真模型的建立  24-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章永磁无刷直流电机回馈制动原理及控制策略  29-44
  3.1 永磁无刷直流电机回馈制动基本原理  29-32
    3.1.1 永磁无刷直流电机制动方式  29
    3.1.2 回馈制动的基本原理  29-32
  3.2 两种调制方式下永磁无刷直流电机回馈制动过程分析  32-38
    3.2.1 半桥调制方式下回馈制动过程分析  32-35
    3.2.2 全桥调制方式下回馈制动过程分析  35-37
    3.2.3 两种调制方式下回馈制动过程的比较  37-38
  3.3 永磁无刷直流电机回馈制动控制策略研究  38-43
    3.3.1 回馈制动过程中能量回收的约束条件  38
    3.3.2 回馈制动过程数学模型的简化  38-41
    3.3.3 回馈制动控制策略的确定  41-43
  3.4 本章小结  43-44
第4章永磁无刷直流电机回馈控制系统建模与仿真  44-59
  4.1 模糊控制器的设计  44-51
    4.1.1 模糊控制简介  44-46
    4.1.2 控制目标与控制对象  46-47
    4.1.3 恒转矩回馈控制模糊控制器设计  47-51
  4.2 永磁无刷直流电机回馈控制系统建模  51-54
    4.2.1 电机本体模块  51-52
    4.2.2 逆变器驱动信号模块  52
    4.2.3 PWM 信号生成模块  52-53
    4.2.4 逻辑信号与 PWM 信号整合模块  53
    4.2.5 相电流取样模块  53-54
    4.2.6 电机调速模块  54
  4.3 永磁无刷直流电机回馈制动系统仿真  54-56
  4.4 回馈制动系统仿真结果及分析  56-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章永磁无刷直流电机试验台设计  59-68
  5.1 试验台整体设计  59-60
  5.2 电机试验台主要部件选择及功能介绍  60-65
    5.2.1 电机  60
    5.2.2 转矩转速传感器  60-61
    5.2.3 信号转换器  61-62
    5.2.4 电机控制器  62-63
    5.2.5 电机驱动板  63-65
  5.3 电机试验台机械结构的设计及安装  65-67
    5.3.1 试验台底座设计  65
    5.3.2 支撑座设计  65-66
    5.3.3 轴承座设计  66
    5.3.4 电机试验台机械部分整体装配图及实物效果图  66-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
致谢  73

永磁无刷直流电机回馈制动控制技术

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