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平板车多电机驱动与防滑控制研究

作　者: 张勇
导　师: 邓华
学　校: 中南大学
专　业: 机械工程
关键词: 永磁同步电机 空间电压矢量调制 相邻交叉耦合 滑模变结构控制 驱动防滑控制
分类号: U464.142.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


由于能源与环境问题的日益严峻,上世纪80年代开始,全世界就开始了电动汽车的研究,并取得了一系列的成果,如纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池电动汽车(FCV)的相继问世。然而在大型车辆上,除了电力牵引机车外,工程上只有少数车辆采用了电驱动或者混合驱动方式。本文研究了一种串联式混合动力小型平板车的样车多电机驱动控制系统,为大型平板车的多电机驱动系统的研究提供了参考。本文在课题前期研究成果的基础上,总结了多轴线的平板运输车的驱动方式、控制方法,在此基础上建立了多轴线平板运输车样车的简化模型,包括的轮胎模型、车轮模型、传动系模型、轮胎—地面附着系数模型,并建立了线性平板车样车的运动方程。在比较驱动电机的优缺点后,选择了适合样车的永磁同步电机作为驱动电机,建立了永磁电机的模型,研究了基于转子磁场定向的矢量控制方法和直接转矩控制方法,其中重点研究了空间矢量调制方法与直接转矩控制,并将各种控制方法进行了仿真对比,证明了空间矢量调制方法的优越性。在分析了电机转矩和速度控制模式的特点之后,结合样车的实际工况,提出了基于滑转率识别的双模式控制模式,在判断车轮滑转率较小时,采用速度控制模式,提出适合样车行驶的多电机速度同步协调控制策略。采用了算法相对简单、控制效果好的相邻交叉耦合速度同步策略,来减小速度同步误差,防止样车运动不协调,为抑制电机的自身参数漂移和外部干扰,减少抖振,设计了基于积分滑模面和指数趋近率的变结构控制,仿真结果表明车轮滑转率较小时,速度控制模式是合适的。在判断车轮滑转率较大时,采用扭矩控制模式,以最优滑转率为控制目标,研究了样车的驱动防滑控制,仿真结果表明在车轮具有较大滑转时,采用扭矩控制能有效抑制车轮滑转,提高了样车的稳定性。针对样车多电机驱动控制系统进行了速度同步控制实验研究,验证了相邻交叉耦合速度同步策略的有效性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 选题背景  8
  1.2 平板车研究现状及发展趋势  8-10
  1.3 车辆电驱动控制技术现状及发展趋势  10-13
    1.3.1 车辆电驱动技术现状  10-11
    1.3.2 驱动电机及其控制系统现状  11-13
  1.4 多电机驱动控制方法及发展现状  13-15
  1.5 课题研究目的及意义  15
  1.6 本文研究主要内容  15-17
第二章 电传动平板车的样车建模  17-26
  2.1 样车结构  17
  2.2 样车参数及性能指标  17-18
  2.3 样车系统模型的建立  18-25
    2.3.1 轮胎侧偏特性  18-19
    2.3.2 轮胎—地面模型  19-21
    2.3.3 驱动轮模型  21
    2.3.4 减速器模型  21-22
    2.3.5 样车的运动微分方程  22-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 样车电机驱动控制系统的建模与仿真  26-40
  3.1 永磁同步电机的数学模型  26-29
    3.1.1 永磁同步电机坐标变换  26-27
    3.1.2 永磁同步电机矢量控制  27-29
  3.2 空间电压矢量调制原理  29-31
  3.3 空间电压矢量算法实现  31-33
  3.4 永磁同步电机直接转矩控制  33-36
  3.5 永磁同步电机仿真分析  36-38
  3.6 本章小结  38-40
第四章 样车多电机同步协调控制的研究  40-66
  4.1 样车控制策略研究  40-44
    4.1.1 多电机驱动车辆控制策略分析  40-41
    4.1.2 样车速度控制策略分析  41-42
    4.1.3 样车扭矩控制策略分析  42-44
  4.2 样车多电机速度控制研究  44-56
    4.2.1 相邻交叉耦合控制系统原理  44-45
    4.2.2 多电机协调同步控制原理  45-47
    4.2.3 多电机速度协调同步滑模控制  47-48
    4.2.4 多电机速度协调同步控制系统设计  48-50
    4.2.5 多电机速度协调同步控制系统仿真分析  50-55
    4.2.6 多电机协调同步控制系统稳定性分析  55-56
  4.3 驱动轮滑转率的识别  56-58
  4.4 样车直线行驶速度控制策略仿真研究  58-61
  4.5 样车扭矩控制仿真研究  61-65
    4.5.1 防滑驱动控制系统原理  62-63
    4.5.2 防滑驱动控制系统仿真分析  63-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章 多电机同步控制实验研究  66-74
  5.1 实验平台总体结构设计  66-67
  5.2 控制系统软件实现  67-69
    5.2.1 控制系统测试  67-68
    5.2.2 控制程序编写  68-69
  5.3 速度同步控制实验  69-73
    5.3.1 主要实验参数与数据  69-72
    5.3.2 实验结果分析  72-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章 总结与展望  74-75
参考文献  75-80
致谢  80-81
攻读硕士期间的主要研究成果  81

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车发动机 > 往复式发动机 > 部件、零件 > 起动系统 > 电力起动
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