混合動力汽車雙機(jī)械端口電機(jī)及其控制系統(tǒng)研究

【摘要】：隨著能源問題日益嚴(yán)重和節(jié)能減排呼聲的日益高漲,電動汽車成為世界范圍內(nèi)研究的熱門問題。作為過渡產(chǎn)品的混合動力電動汽車,已經(jīng)具備較多的基礎(chǔ)和市場化條件,成為目前研究的一個重要領(lǐng)域。電無級變速器是一種新型的混合動力汽車傳動系統(tǒng),以其特有的優(yōu)勢引起了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注。本文對電無級變速器及其核心雙機(jī)械端口電機(jī)進(jìn)行了建模,控制策略,控制系統(tǒng),輔助系統(tǒng),系統(tǒng)配合等問題進(jìn)行了深入的分析和研究,并通過仿真,實驗等手段對理論分析進(jìn)行了驗證。 本文首先建立雙同步坐標(biāo)系作為雙機(jī)械端口電機(jī)理論分析和數(shù)學(xué)建模以及控制策略的基礎(chǔ)。從簡化的理想雙機(jī)械端口電機(jī)入手,分別建立了它在靜止坐標(biāo)系和雙同步坐標(biāo)系下的電壓、磁鏈方程、電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式和轉(zhuǎn)子運動方程,對自感和互感參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的計算,給出了兩套坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系,然后建立了雙機(jī)械端口電機(jī)瞬態(tài)分析的狀態(tài)方程模型。在理想雙機(jī)械端口電機(jī)模型的基礎(chǔ)之上,將問題進(jìn)一步深入和推廣,建立了與實際系統(tǒng)更加接近的耦合雙機(jī)械端口電機(jī)數(shù)學(xué)模型,分別建立電機(jī)在靜止坐標(biāo)系和雙同步坐標(biāo)系下的電壓、磁鏈方程、電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式和轉(zhuǎn)子運動方程,并對電感參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的計算,給出了兩套坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系以及雙機(jī)械端口電機(jī)瞬態(tài)分析的狀態(tài)方程模型。然后,提出雙機(jī)械端口電機(jī)基于受控電壓源的等效電路。 對現(xiàn)有的混合動力汽車控制策略進(jìn)行分析和總結(jié),本文提出采用電無級變速器的混合動力汽車基本控制策略,詳細(xì)分析了各種控制策略的工作方式以及采用電無級變速器實現(xiàn)的具體途徑,并以此為目標(biāo)對雙機(jī)械端口電機(jī)的控制策略提出要求。根據(jù)混合動力汽車汽車整車控制要求,制定了雙機(jī)械端口電機(jī)的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)速控制模式和轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速控制模式,從而實現(xiàn)電無級變速器四象限運行所有工況的控制以及整車高效率運行的目標(biāo)。為提升轉(zhuǎn)速范圍,給出了雙機(jī)械端口電機(jī)弱磁控制策略。然后給出了雙機(jī)械端口電機(jī)控制器的硬件和軟件設(shè)計。 雙機(jī)械端口電機(jī)控制系統(tǒng)中,雙向DC/DC變換器作為儲能裝置與動力系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié),具有能量雙向傳遞和維持電機(jī)控制器直流母線電壓穩(wěn)定性的重要作用。本文介紹了一種新型的采用移相控制技術(shù)的雙向DC/DC變換器,分析了其控制原理,軟開關(guān)實現(xiàn)條件以及傳輸功率表達(dá)式等。并給出了雙向DC/DC變換器的樣機(jī)硬件設(shè)計和軟件設(shè)計方案。 通過仿真和實驗研究,對本文提出的雙機(jī)械端口電機(jī)控制策略及整車中控制目標(biāo)的實現(xiàn)進(jìn)行了驗證和總結(jié),并對雙向DC/DC變換器的工作原理,傳輸功率以及控制策略進(jìn)行了驗證。 本文最后針對雙機(jī)械端口電機(jī)的新技術(shù)和新問題進(jìn)行了研討,提出了改進(jìn)型的結(jié)構(gòu)——無刷雙機(jī)械端口電機(jī),介紹了其工作原理以及結(jié)構(gòu)形式。在對電機(jī)耦合數(shù)學(xué)模型研究的基礎(chǔ)上,提出一種基于坐標(biāo)變換策略的雙機(jī)械端口電機(jī)解耦控制策略,并對其進(jìn)行了理論上的分析和驗證。 【關(guān)鍵詞】：電無級變速器 雙同步坐標(biāo)系 數(shù)學(xué)模型 控制系統(tǒng) 弱磁控制 雙向DC/DC變換器 無刷雙機(jī)械端口電機(jī) 解耦控制
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM301.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-27
• 1.1 新能源汽車11-12
• 1.2 電動汽車12-14
• 1.3 汽車動力結(jié)構(gòu)14-23
• 1.4 電無級變速器混合動力系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 本課題研究任務(wù)24-25
• 1.6 章節(jié)安排25-27
• 2 電無級變速器混合動力系統(tǒng)基本原理27-35
• 2.1 電無級變速器工作的基本原理27-30
• 2.2 電無級變速器工況功率流向30-33
• 2.3 雙機(jī)械端口電機(jī)結(jié)構(gòu)及類型33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3 雙機(jī)械端口電機(jī)建模35-66
• 3.1 雙機(jī)械端口電機(jī)雙同步坐標(biāo)系35-36
• 3.2 雙機(jī)械端口電機(jī)非耦合數(shù)學(xué)模型36-56
• 3.3 雙機(jī)械端口電機(jī)耦合數(shù)學(xué)模型56-63
• 3.4 雙機(jī)械端口電機(jī)等效電路63-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 4 電無級變速器混合動力系統(tǒng)控制66-95
• 4.1 目前混合動力汽車常用整車控制策略66-70
• 4.2 采用EVT結(jié)構(gòu)混合動力汽車整車控制策略70-73
• 4.3 雙機(jī)械端口電機(jī)控制策略73-78
• 4.4 雙機(jī)械端口電機(jī)控制器硬件設(shè)計78-88
• 4.5 雙機(jī)械端口電機(jī)控制軟件設(shè)計88-94
• 4.6 本章小結(jié)94-95
• 5 電無級變速器混合動力系統(tǒng)DC/DC變換器95-115
• 5.1 雙向DC/DC變換器概述95-98
• 5.2 基于移相控制技術(shù)的雙有源橋零電壓開通雙向DC/DC變換器98-107
• 5.3 DC/DC變換器硬件電路設(shè)計107-111
• 5.4 DC/DC變換器控制軟件設(shè)計111-114
• 5.5 本章小結(jié)114-115
• 6 仿真、實驗及結(jié)論115-136
• 6.1 雙機(jī)械端口電機(jī)仿真、實驗與結(jié)論115-127
• 6.2 DC/DC變換器仿真、實驗及結(jié)論127-135
• 6.3 本章小結(jié)135-136
• 7 雙機(jī)械端口電機(jī)前景技術(shù)研究136-146
• 7.1 無刷雙機(jī)械端口電機(jī)136-143
• 7.2 雙機(jī)械端口電機(jī)解耦控制143-145
• 7.3 本章小結(jié)145-146
• 8 全文總結(jié)146-150
• 8.1 本文創(chuàng)新點及主要成就146-148
• 8.2 后續(xù)工作與關(guān)鍵性問題148-150
• 致謝150-152
• 參考文獻(xiàn)152-160
• 附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文及申請專利160-162
• 附錄2 實驗平臺及樣機(jī)照片162-164

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