純電動汽車感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制建模與仿真研究

【摘要】：當(dāng)前，各國政府大力推進(jìn)純電動汽車的研究與開發(fā)。隨著純電動汽車的大力發(fā)展，如何對高性能純電動汽車快速高效的開發(fā)成為了新的課題。 高性能純電動汽車的研發(fā)，關(guān)鍵在于蓄電池技術(shù)、電機(jī)及其控制技術(shù)、電動汽車整車技術(shù)以及能量管理技術(shù)等多項電動汽車關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。電機(jī)是電氣驅(qū)動系統(tǒng)的核心,電機(jī)的性能、效率及其控制技術(shù)直接影響電動汽車的性能。因此，在發(fā)展高性能和高效率電機(jī)的同時，加強(qiáng)其控制技術(shù)的研究，對提高純電機(jī)汽車的性能將具有重要的作用。 傳統(tǒng)PID控制算法簡單、魯棒性好和可靠性高，不依賴于被控對象的精確模型，只需了解對象的響應(yīng)特性就可設(shè)計出控制器，因而其設(shè)計方法簡單，方便易行，從而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制中。隨著其廣泛應(yīng)用，不足之處也日益突出，如PID控制器參數(shù)的整定問題。在實際應(yīng)用中，由于電機(jī)系統(tǒng)機(jī)理復(fù)雜，具有多輸入、多輸出的強(qiáng)耦合性、參數(shù)時變性和嚴(yán)重的非線性等，因此，傳統(tǒng)PID控制電機(jī)難以獲得滿意的控制效果。 同時，在純電動汽車的研發(fā)過程中，由于計算機(jī)仿真技術(shù)可對各子系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行靈活修改，各個模塊也可重復(fù)使用，從而仿真模型可有效縮短純電動汽車的研發(fā)周期、提升純電動汽車的各種性能和加快純電動汽車的研發(fā)及投入生產(chǎn)。 因此，本論文以純電動汽車為對象，利用仿真分析方法，對控制純電動汽車驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)的增量式PID控制算法和模糊PID控制算法等相關(guān)理論與方法進(jìn)行研究。 本文通過對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行比較研究，為在滿足設(shè)計目標(biāo)的條件下驅(qū)動電機(jī)的合理選型和參數(shù)的合理選擇與匹配提供了依據(jù)；對驅(qū)動電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，給出其轉(zhuǎn)矩和運動方程、電壓方程、磁鏈方程，以及不同坐標(biāo)系下三相異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，基于MATLAB/Simulink仿真平臺，建立了純電動汽車驅(qū)動電機(jī)的仿真模型； 同時，基于仿真軟件MATLAB/Simulink，建立純電動汽車異步電動機(jī)控制系統(tǒng)的仿真模型，基于增量式PID控制算法，探討該算法對三相異步電機(jī)控制的影響，論證該算法可提高異步電機(jī)勵磁繞組所產(chǎn)生的磁鏈旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，使其速度加快，及時跟隨電機(jī)對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)需求，有效地提高電機(jī)的動態(tài)特性，對實現(xiàn)電機(jī)的良好控制有著良好的作用； 最后，建立了電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)、電池、電動機(jī)/控制器、能量管理與計算系統(tǒng)、整車動力學(xué)等相關(guān)部件的仿真模型，在此基礎(chǔ)上，建立純電動汽車整車的仿真模型，利用該仿真模型，基于模糊PID控制算法，探討該算法對驅(qū)動電機(jī)控制的影響，論證該方法可提高整車對測試工況速度跟隨性、動力性和行駛穩(wěn)定性，改善整車的動力性、運行效率以及對能源的經(jīng)濟(jì)性具有良好的作用。 【關(guān)鍵詞】：純電動汽車 三相異步電機(jī) 模糊PID控制算法 建模仿真
【學(xué)位授予單位】：廣西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 本課題主要研究的目的、意義11-12
• 1.2 本課題主要研究的背景12-18
• 1.2.1 電動汽車的發(fā)展概況12-14
• 1.2.2 純電動汽車驅(qū)動控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 純電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理15-16
• 1.2.4 純電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的種類與比較16-18
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第二章 純電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制參數(shù)的確定19-33
• 2.1 驅(qū)動電機(jī)數(shù)學(xué)模型19-24
• 2.1.1 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和運動方程19-20
• 2.1.2 電壓方程20-21
• 2.1.3 電動機(jī)的磁鏈方程21-22
• 2.1.4 三相異步電動機(jī)在任意的兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型22-23
• 2.1.5 兩相靜止坐標(biāo)系下表示的三相異步電動機(jī)數(shù)學(xué)模型23
• 2.1.6 兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下表示三相異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型23-24
• 2.2 純電動汽車的驅(qū)動電機(jī)選型24-26
• 2.2.1 直流電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)24-25
• 2.2.2 交流感應(yīng)電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)25-26
• 2.2.3 永磁同步電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)26
• 2.2.4 開關(guān)磁阻電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)26
• 2.3 電機(jī)參數(shù)對電機(jī)性能的影響26-27
• 2.4 純電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)選擇27-28
• 2.5 純電動汽車驅(qū)動電機(jī)控制參數(shù)確定28-30
• 2.6 電機(jī)的仿真模型30-32
• 2.7 本章小結(jié)32-33
• 第三章 純電動汽車用交流異步電機(jī)矢量控制方法及仿真33-48
• 3.1 交流異步電機(jī)矢量控制的基本原理33-35
• 3.2 純電動汽車用交流異步電機(jī)的矢量控制方法35-36
• 3.2.1 控制方法的分類35
• 3.2.2 控制方案的比較35-36
• 3.3 純電動汽車用交流異步電機(jī)的矢量控制系統(tǒng)建立36-38
• 3.4 PID 控制38-44
• 3.4.1 常規(guī) PID 控制原理39
• 3.4.2 PID 控制器參數(shù)的整定方法39-42
• 3.4.3 增量式 PID 控制42-44
• 3.5 系統(tǒng)模型的建立44-45
• 3.6 三相交流異步電動機(jī)改進(jìn)增量式 PID 控制仿真及分析45-47
• 3.6.1 轉(zhuǎn)子磁鏈分析45-46
• 3.6.2 轉(zhuǎn)速控制仿真分析46-47
• 3.7 本章小結(jié)47-48
• 第四章 純電動汽車整車模型48-57
• 4.1 純電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)模型48-51
• 4.1.1 電池模型49-50
• 4.1.2 電動機(jī)/控制器模型50-51
• 4.2 能量管理與計算系統(tǒng)仿真模型51-53
• 4.3 整車動力學(xué)模型53
• 4.4 整車仿真模型53-54
• 4.5 整車工況的選擇54-55
• 4.6 系統(tǒng)仿真55-56
• 4.7 本章小結(jié)56-57
• 第五章 基于模糊 PID 矢量控制電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的整車性能仿真分析57-76
• 5.1 模糊 PID 控制57-62
• 5.1.1 模糊控制器的組成57-58
• 5.1.2 模糊 PID 控制器原理58-60
• 5.1.3 模糊規(guī)則表的建立60-62
• 5.2 基于模糊 PID 控制電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的整車性能仿真分析62-63
• 5.3 仿真結(jié)果分析63-75
• 5.3.1 整車速度仿真及結(jié)果分析63-69
• 5.3.2 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩仿真及結(jié)果分析69-70
• 5.3.3 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速仿真及結(jié)果分析70-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 全文總結(jié)與展望76-78
• 6.1 全文總結(jié)76
• 6.2 展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明82-83
• 致謝83

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