輕量型純電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究

【摘要】：能源緊缺和環(huán)境污染是新世紀(jì)人類面臨的重要問題,也是目前人們關(guān)注的焦點(diǎn),因此節(jié)能、環(huán)保的新能源汽車在此背景下應(yīng)運(yùn)而生。純電動(dòng)汽車以其在使用過程中實(shí)現(xiàn)了零排放、無污染、高效化等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)而迅速崛起。開關(guān)磁阻電機(jī)(Switched Reluctance Motor,簡(jiǎn)稱SRM)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)扭矩大等眾多優(yōu)勢(shì),發(fā)展迅速,在航空航天、紡織機(jī)械、石油開采、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域均有應(yīng)用。本文以一臺(tái)三相4kW-SRM為研究對(duì)象,在深入分析電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)之上,開發(fā)與研制了一套具有一定實(shí)用性的純電動(dòng)汽車用低壓開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。論文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：(1)闡述開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理和控制方式,分析了電機(jī)分別作電動(dòng)運(yùn)行與制動(dòng)發(fā)電運(yùn)行時(shí)電路中電流回路與電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)的形成。(2)分析SRM結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和數(shù)學(xué)模型,并給出實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)測(cè)靜態(tài)特性。基于Ansoft/Simplorer軟件,搭建開關(guān)磁阻電機(jī)的磁場(chǎng)一電路耦合仿真模型,把磁場(chǎng)有限元計(jì)算與復(fù)雜的控制模型相結(jié)合,根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài),應(yīng)用不同的控制策略對(duì)電機(jī)本體輸出特性進(jìn)行了仿真分析。(3)設(shè)計(jì)并制作SRM控制器的硬件電路。對(duì)多種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,最終確定合適的方案,根據(jù)控制電路需求,設(shè)計(jì)電路參數(shù)并制作電路板。焊接、調(diào)試硬件電路,最后裝箱實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器的模塊化。(4)設(shè)計(jì)編寫SRM控制器的軟件程序。控制器的處理器采用ST公司的芯片STM32F103RB,該處理器以ARM Cortex-M3為核心,在RVMDK的環(huán)境下編寫C語(yǔ)言程序,配合相應(yīng)的硬件電路完成信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計(jì)算,運(yùn)用相應(yīng)的控制算法實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)的電動(dòng)運(yùn)行。(5)基于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制器的軟硬件設(shè)計(jì),搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),完成SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分析了SRM在不同控制方式下的特性,并分別測(cè)量電機(jī)、控制器以及系統(tǒng)效率的分布特性、電機(jī)的機(jī)械特性等,全面分析評(píng)估系統(tǒng)性能,為SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在純電動(dòng)汽車中的工程實(shí)用化提供理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 【關(guān)鍵詞】：純電動(dòng)汽車 開關(guān)磁阻電機(jī) 有限元 STM32F103RB
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM352;U469.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第1章 緒論12-16
• §1.1 研究背景與意義12
• §1.2 純電動(dòng)汽車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-14
• §1.3 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀14
• §1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)14-16
• §1.4.1 論文主要研究?jī)?nèi)容15
• §1.4.2 論文結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 SRM工作原理與控制方式16-24
• §2.1 引言16
• §2.2 SRM本體結(jié)構(gòu)16-17
• §2.3 SRM工作原理17-20
• §2.3.1 電動(dòng)運(yùn)行原理17-19
• §2.3.2 發(fā)電運(yùn)行原理19-20
• §2.4 開關(guān)磁阻電機(jī)控制方式20-22
• §2.4.1 電流斬波控制20
• §2.4.2 角度位置控制20-21
• §2.4.3 脈寬調(diào)制控制21-22
• §2.5 本章小結(jié)22-24
• 第3章 SRM數(shù)學(xué)模型與仿真24-38
• §3.1 引言24
• §3.2 SRM數(shù)學(xué)模型24-30
• §3.2.1 開關(guān)磁阻電機(jī)基本方程式24-26
• §3.2.1.1. 磁鏈方程24
• §3.2.1.2. 電壓方程24-25
• §3.2.1.3. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程25-26
• §3.2.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的線性模型26-30
• §3.2.2.1. 繞組電感模型26-28
• §3.2.2.2. 繞組磁鏈模型28-29
• §3.2.2.3. 繞組電流模型29-30
• §3.3 三相12/8極SRM本體參數(shù)30-32
• §3.4 磁場(chǎng)-電路聯(lián)合耦合仿真32-37
• §3.4.1 場(chǎng)路耦合仿真模型32-33
• §3.4.2 給定轉(zhuǎn)速源下電機(jī)相電流波形仿真33-35
• §3.4.3 給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩的比較35-37
• §3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)38-62
• §4.1 引言38-39
• §4.2 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)39-61
• §4.2.1 功率變換器主電路39-40
• §4.2.2 功率開關(guān)器件選擇40-41
• §4.2.3 處理器的選擇41-43
• §4.2.4 開關(guān)電源設(shè)計(jì)43-50
• §4.2.4.1. 控制器對(duì)電源的需求43-44
• §4.2.4.2. 電源芯片的選取44-45
• §4.2.4.3. 變壓器的設(shè)計(jì)45-46
• §4.2.4.4. 其他器件的選取46-48
• §4.2.4.5. 開關(guān)電源性能測(cè)試48-50
• §4.2.5 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)50-52
• §4.2.6 采樣電路設(shè)計(jì)52-58
• §4.2.6.1. 電壓采樣52-55
• §4.2.6.2. 電流采樣55-58
• §4.2.7 轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路設(shè)計(jì)58-59
• §4.2.8 顯示、輸入電路設(shè)計(jì)59-61
• §4.2.8.1. 數(shù)碼管、按鍵電路60
• §4.2.8.2. 轉(zhuǎn)速給定電路60-61
• §4.3 本章小結(jié)61-62
• 第5章 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)62-68
• §5.1 引言62-67
• §5.1.1 軟件系統(tǒng)的框架62-63
• §5.1.2 位置信號(hào)的捕獲63-64
• §5.1.3 角度細(xì)分64-65
• §5.1.4 PID控制器設(shè)計(jì)65-67
• §5.2 本章小結(jié)67-68
• 第6章 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證68-90
• §6.1 引言68
• §6.2 SRM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)搭建68-73
• §6.2.1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)68
• §6.2.2 系統(tǒng)硬件平臺(tái)68-73
• §6.2.3 系統(tǒng)軟件平臺(tái)73
• §6.2.4 測(cè)試儀器73
• §6.3 課題設(shè)計(jì)控制器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證73-82
• §6.3.1 電機(jī)轉(zhuǎn)子位置校對(duì)74-75
• §6.3.2 啟動(dòng)過程測(cè)試75
• §6.3.3 角度位置控制(APC)測(cè)試75-78
• §6.3.4 機(jī)械特性測(cè)試78-81
• §6.3.5 轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速最大輸出能力測(cè)試81-82
• §6.4 市場(chǎng)銷售控制器實(shí)驗(yàn)82-84
• §6.4.1 繞組電流波形檢測(cè)82-83
• §6.4.2 機(jī)械特性測(cè)試83-84
• §6.5 控制器性能對(duì)比分析84-88
• §6.5.1 電流波形對(duì)比84-85
• §6.5.2 系統(tǒng)性能對(duì)比85-88
• §6.6 本章小結(jié)88-90
• 第7章 總結(jié)與展望90-92
• §7.1 全文總結(jié)90
• §7.2 課題展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-94
• 致謝94-95
• 碩士期間的學(xué)術(shù)成果95

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