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电动汽车驱动控制系统的研究

作　者: 李广
导　师: 唐任远；韩雪岩；朱建光
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: DTC-SVM 转矩PI调节器 动态响应 弱磁增速 死区效应补偿
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


发展电动汽车行业成为当今汽车工业解决能源和环保等压力的重要途径。电动汽车驱动系统性能的优劣直接影响整车的动力性与经济性。本文主要从改善系统的动态响应、扩大弱磁增速倍数以及通过死区效应补偿来降低转矩脉动方面进行研究,从而改进电动汽车驱动控制系统的性能。本文简述了电动汽车驱动IPMSM采用空间矢量调制的直接转矩(DTC-SVM)控制的基本原理,分析了DTC-SVM控制方式的稳定运行条件。为尽可能满足该条件,设计了带回差角反馈的转矩PI调节器,其既能检测并抑制控制器电压饱和,使系统在线性特性区运行,提高控制精度,又较普通PI调节器提高整个系统的转矩响应特性。本文根据电动汽车驱动IPMSM的参数,分别由基速以下最大转矩/电流控制与基速以上定子电流沿着电流极限圈相移控制的原理推导并拟合出对应的电磁转矩与定子磁链幅值的函数关系,并给出基于定子磁场定向的弱磁扩速算法。该算法能使电动汽车驱动电动机从恒转矩区平滑过渡到恒功率区运行,充分发挥电动机的弱磁扩速性能,以及具有起动转矩大等优点。此外,分析了死区延时时间和功率开关器件的电压降所引起的变频器输出电流畸变现象及其增加的谐波含量。基于该理论分析推导出在线反馈补偿法,用此补偿法能对产生的谐波含量进行有效抑制,减小相电流的畸变率,降低电动汽车驱动系统的转矩脉动。最后,用7.5kW IPMSM作为电动汽车驱动电动机,采用旋转变压器来检测位置/转速信息,搭建实验平台并完成实验。仿真及实验结果表明:DTC-SVM控制方式较转子磁场定向控制能提高系统的转矩与转速的响应特性;所给的弱磁增速算法能将电动汽车驱动IPMSM的弱磁扩速性能发挥出来,实现预期的弱磁增速倍数;死区效应补偿算法能有效地抑制变频器输出电流谐波,降低电动机的转矩脉动。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 研究电动汽车驱动控制系统的背景及意义  10-11
  1.2 电动汽车驱动控制系统的国内外研究现状  11-15
    1.2.1 电动汽车驱动控制器的发展现状  11-12
    1.2.2 电动汽车驱动系统控制方法的研究现状  12-13
    1.2.3 电动汽车驱动用PMSM 的弱磁增速控制研究现状  13-14
    1.2.4 电动汽车变频器死区效应补偿的研究现状  14-15
  1.3 课题研究的主要内容  15-16
第二章 电动汽车驱动IPMSM 空间矢量调制的直接转矩控制  16-35
  2.1 空间矢量调制的直接转矩控制  16-24
    2.1.1 电动车用IPMSM 的变频器采用DTC-SVM 控制方式的运行条件  18-21
    2.1.2 转矩PI 调节器的设计  21-24
  2.2 电动汽车驱动IPMSM 的弱磁增速控制策略  24-34
    2.2.1 基于定子磁链的弱磁增速控制  25-29
    2.2.2 弱磁仿真及其结果分析  29-34
  2.3 本章小结  34-35
第三章 电动汽车驱动控制器的死区效应补偿  35-48
  3.1 死区效应引起的误差分析  35-37
  3.2 死区效应的补偿算法  37-39
  3.3 死区效应的MATLAB 仿真及分析  39-47
    3.3.1 载波频率对死区效应的影响  40-43
    3.3.2 死区补偿前后的对比分析  43-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章 电动汽车用IPMSM 变频器的实现  48-67
  4.1 电动汽车用IPMSM 变频器硬件电路的实现  48-52
    4.1.1 变频器过流保护电路设计  50
    4.1.2 基于旋转变压器位置/转速检测的接口电路设计  50-52
  4.2 电动汽车用IPMSM 变频器的软件设计  52-58
    4.2.1 基于 TMS320F2812 的电动汽车用 IPMSM 的控制程序设计流程  52-53
    4.2.2 SVPWM 波的调制  53-55
    4.2.3 电动汽车用IPMSM 转子位置与速度的检测  55-58
  4.3 实验及其结果分析  58-65
    4.3.1 DTC-SVM 控制方式  59-61
    4.3.2 弱磁增速控制  61-63
    4.3.3 死区效应补偿控制  63-65
  4.4 本章小结  65-67
第五章 结论  67-69
参考文献  69-72
在学期间发表的学术论文  72-73
致谢  73

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 各种汽车 > 各种能源汽车 > 电动汽车
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