混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究

【摘要】： 本文圍繞混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開發(fā)展開工作,開發(fā)出了額定轉(zhuǎn)矩291.5N·m、額定功率55kW、峰值功率90 kW的車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在逆變器容量一定的前提下,從提高系統(tǒng)效率、降低電流畸變率、擴(kuò)大弱磁擴(kuò)速范圍、加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度以及增強(qiáng)系統(tǒng)魯棒性的角度,對(duì)所采用的矢量控制策略進(jìn)行了改進(jìn)。建立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無論在恒轉(zhuǎn)矩區(qū),還是在恒功率區(qū)運(yùn)行均達(dá)到了預(yù)期的性能指標(biāo)。 在分析永磁同步電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)電流控制策略及弱磁控制策略的基礎(chǔ)上,提出了一種基于零電壓矢量作用時(shí)間T_0的弱磁方法,即通過輸入為零電壓矢量作用時(shí)間T_0與某一定值T_0~*差值的PI控制器得到直軸電流分量i_d。與普通弱磁方法相比,該方法有效地避免了電機(jī)參數(shù)變化對(duì)控制精度的影響,在加快動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的同時(shí),降低定子電流的幅值。因此,在逆變器容量一定的情況下,可達(dá)到拓寬擴(kuò)速范圍的目的。 由于功率管的開關(guān)時(shí)滯及為防止同一橋臂兩只功率管直通而設(shè)置的死區(qū)時(shí)間,會(huì)使逆變器的實(shí)際輸出電壓產(chǎn)生非線性畸變,進(jìn)而產(chǎn)生電流波形畸變和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)等。本文在對(duì)死區(qū)效應(yīng)產(chǎn)生的誤差電壓矢量進(jìn)行詳細(xì)理論分析的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出該誤差電壓矢量的具體表達(dá)式并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償;在此基礎(chǔ)上,對(duì)由于電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)變化引起的補(bǔ)償電壓誤差進(jìn)行了二次補(bǔ)償。這樣既可以有效解決現(xiàn)有假設(shè)誤差電壓矢量為定值補(bǔ)償效果不佳的問題,又能避免運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)變化對(duì)補(bǔ)償精度的影響。 對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)損耗模型進(jìn)行了深入分析,根據(jù)損耗模型求出電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩時(shí)使電機(jī)效率最大的定子電流直軸分量i_d的近似最優(yōu)值;以該值為初始值,通過梯度算法和黃金分割相結(jié)合的方法進(jìn)行尋優(yōu)。與目前永磁同步電動(dòng)機(jī)常采用混合尋優(yōu)中所采用的智能算法相比,本文所提出的效率混合優(yōu)化算法簡單且利于工程實(shí)施,尋優(yōu)速度快,符合電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率優(yōu)化快速性的要求。與此同時(shí),利用交軸電流i_q的前饋補(bǔ)償來減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。另外,在電機(jī)進(jìn)入動(dòng)態(tài)過程時(shí),采用基于動(dòng)態(tài)快速響應(yīng)的定子電流分配方法,以縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間。 建立了基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度控制器。利用擾動(dòng)電壓觀測(cè)器的輸出,通過模糊控制器得到對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值進(jìn)行在線調(diào)整的誤差量,從而避免了其它文獻(xiàn)給出的同類速度控制器為得到該誤差量而陷入的繁瑣計(jì)算。相對(duì)于定參數(shù)的PI控制器,該方法有效地提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能及魯棒性。 與控制策略相結(jié)合,深入分析了交、直軸電感及永磁磁鏈等參數(shù)對(duì)電機(jī)性能,尤其是對(duì)弱磁擴(kuò)速特性的影響。并結(jié)合混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用永磁牽引電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)和性能要求,給出了它們的設(shè)計(jì)原則。 最后,對(duì)所提出的控制策略作了仿真驗(yàn)證,并在樣機(jī)上進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本滿足要求。 【關(guān)鍵詞】：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 永磁同步電動(dòng)機(jī) 弱磁控制 死區(qū)效應(yīng) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TM341
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 課題背景及選題意義13-14
• 1.2 電動(dòng)汽車國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外電動(dòng)汽車研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 國內(nèi)電動(dòng)汽車研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 車用永磁同步電動(dòng)機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3.1 國外電動(dòng)汽車牽引電機(jī)的現(xiàn)狀和水平16
• 1.3.2 國內(nèi)電動(dòng)汽車牽引電機(jī)的現(xiàn)狀和水平16-18
• 1.4 車用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 弱磁擴(kuò)速的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4.2 死區(qū)效應(yīng)補(bǔ)償?shù)难芯楷F(xiàn)狀19-20
• 1.4.3 效率優(yōu)化的研究現(xiàn)狀20
• 1.4.4 控制器的研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 課題研究的目的22
• 1.6 課題的主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 永磁同步電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩電流控制策略及弱磁擴(kuò)速的研究24-41
• 2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)的電流控制策略24-29
• 2.1.1 電流極限圓和電壓極限圓24-26
• 2.1.2 基速和轉(zhuǎn)折速度26
• 2.1.3 i_d=0控制26-27
• 2.1.4 最大轉(zhuǎn)矩/電流控制27-28
• 2.1.5 兩種恒轉(zhuǎn)矩電流控制策略的比較28-29
• 2.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的弱磁控制29-33
• 2.2.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)弱磁擴(kuò)速難的原因29
• 2.2.2 普通弱磁控制29-30
• 2.2.3 最大輸出功率弱磁控制30-31
• 2.2.4 電動(dòng)機(jī)參數(shù)及負(fù)載大小與i_d的關(guān)系31-33
• 2.3 基于零電壓空間矢量作用時(shí)間的弱磁擴(kuò)速方法33-36
• 2.3.1 零電壓矢量作用時(shí)間33-34
• 2.3.2 定子電流控制算法的實(shí)現(xiàn)34-36
• 2.4 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果36-39
• 2.4.1 仿真結(jié)果36-37
• 2.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果37-39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的死區(qū)效應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償41-54
• 3.1 死區(qū)效應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方案41-48
• 3.1.1 死區(qū)效應(yīng)所引起的誤差電壓41-45
• 3.1.2 死區(qū)效應(yīng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償算法45-48
• 3.2 諧波抑制48-49
• 3.3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果49-53
• 3.3.1 仿真結(jié)果49-50
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的效率優(yōu)化54-65
• 4.1 基于梯度算法和黃金分割相結(jié)合的效率優(yōu)化方法54-59
• 4.1.1 初始值的確定54-57
• 4.1.2 基于梯度算法和黃金分割方法的效率優(yōu)化57-58
• 4.1.3 交軸電流分量的前饋補(bǔ)償58-59
• 4.2 基于電流動(dòng)態(tài)分配的快速響應(yīng)控制59-60
• 4.3 仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果60-64
• 4.3.1 仿真結(jié)果60-62
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果62-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 第五章 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)65-75
• 5.1 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)速度控制器的設(shè)計(jì)65-72
• 5.1.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)矢量控制的數(shù)學(xué)描述65-66
• 5.1.2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)66-68
• 5.1.3 擾動(dòng)電壓的觀測(cè)68-70
• 5.1.4 模糊控制器的結(jié)構(gòu)70-71
• 5.1.5 權(quán)值和閾值的在線調(diào)整71-72
• 5.2 仿真結(jié)果72-74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 第六章 電機(jī)參數(shù)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響及樣機(jī)設(shè)計(jì)75-93
• 6.1 電機(jī)參數(shù)對(duì)電機(jī)運(yùn)行性能的影響75-82
• 6.1.1 電機(jī)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)折轉(zhuǎn)速的影響75-78
• 6.1.2 電機(jī)參數(shù)對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的影響78-80
• 6.1.3 永磁牽引電機(jī)參數(shù)對(duì)最高轉(zhuǎn)速的影響80-82
• 6.1.4 其他因素對(duì)電機(jī)弱磁擴(kuò)速能力的影響82
• 6.2 樣機(jī)設(shè)計(jì)82-89
• 6.2.1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的選擇82-83
• 6.2.2 極數(shù)和槽數(shù)的選擇83-84
• 6.2.3 永磁體磁化方向長度的確定84-85
• 6.2.4 空載漏磁因數(shù)的求取85-86
• 6.2.5 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的選優(yōu)86-89
• 6.2.6 齒槽轉(zhuǎn)矩的抑制89
• 6.3 樣機(jī)及實(shí)驗(yàn)89-92
• 6.3.1 樣機(jī)所用材料的選取90-91
• 6.3.2 樣機(jī)性能實(shí)驗(yàn)91-92
• 6.4 本章小結(jié)92-93
• 第七章 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)93-109
• 7.1 硬件結(jié)構(gòu)93
• 7.2 軟件設(shè)計(jì)93-97
• 7.2.1 初始化子程序95
• 7.2.2 中斷服務(wù)子程序95-96
• 7.2.3 軟件參數(shù)定標(biāo)96-97
• 7.3 速度和電流的檢測(cè)及其變換97-102
• 7.3.1 位置傳感器的選擇97-98
• 7.3.2 電機(jī)初始定位98-99
• 7.3.3 電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置檢測(cè)及數(shù)據(jù)定標(biāo)99-100
• 7.3.4 電流檢測(cè)及數(shù)據(jù)定標(biāo)100
• 7.3.5 電流PI控制器100-102
• 7.4 SVPWM算法研究與實(shí)現(xiàn)102-107
• 7.5 本章小結(jié)107-109
• 第八章 結(jié)論109-110
• 參考文獻(xiàn)110-115
• 在學(xué)研究成果115-116
• 致謝116

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基于Weis-Fogh機(jī)構(gòu)的船舶電力推進(jìn)系統(tǒng)的研究    王晨光

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電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的研究    許家群

高性能交流伺服系統(tǒng)及其復(fù)合控制策略研究    曾玉金

混合動(dòng)力客車整車控制策略及總成參數(shù)匹配研究    劉明輝

混合動(dòng)力公交客車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仿真研究    倪定洲

100kW 永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)及永磁體渦流損耗計(jì)算分析    楊鶴

永磁伺服電動(dòng)機(jī)電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合計(jì)算及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)    莊艷

永磁同步牽引電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性分析    賀劍

電動(dòng)車用高功率密度永磁同步電機(jī)熱管理系統(tǒng)的研究    朱巍

基于DSP的混合動(dòng)力汽車電機(jī)控制系統(tǒng)研究    燕申武

PWM過調(diào)制技術(shù)在電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)控制中的應(yīng)用    梁振鴻

混合動(dòng)力電動(dòng)汽車用電機(jī)的開發(fā)與系統(tǒng)仿真    張東

基于CAN總線的純電動(dòng)轎車動(dòng)力總成控制器的開發(fā)研究    周能輝

電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)控制系統(tǒng)研究    邢偉

定子槽口寬度對(duì)同步電機(jī)永磁體渦流損耗影響    張承寧;吳曉鵬;董玉剛;王芳;

永磁直線伺服電機(jī)及其冷卻系統(tǒng)研究    張玉秋

基于混合動(dòng)力轎車實(shí)際工況的電機(jī)參數(shù)匹配與試驗(yàn)方法研究    尹建坤

基于MAP圖的雙集成車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)研究    沈曉勇

內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)控制方法研究    劉其堂

永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)損耗與溫升的計(jì)算分析    李明

軌道交通用永磁同步牽引電機(jī)的損耗和電感研究    陳全文

永磁同步牽引電機(jī)熱計(jì)算和冷卻系統(tǒng)計(jì)算    姚望

汽車用永磁無刷直流電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)及溫度場(chǎng)計(jì)算    秦英

電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)水冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及溫升分析    和偉超

TC1782在車用永磁同步電機(jī)控制中的應(yīng)用    龐博

混合動(dòng)力汽車動(dòng)力總成耐久性試驗(yàn)方法研究    侯勇國

IGBT的可靠性與死區(qū)補(bǔ)償    陳其工,凌有鑄,張紹德

中國電動(dòng)汽車的研究概述    闞萍

混合電動(dòng)汽車的技術(shù)現(xiàn)狀    楊為琛,孫逢春

我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略分析    胡樹華,楊威

基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)的魯棒控制    李鴻儒,白湘波,顧樹生

異步電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線辨識(shí)與自適應(yīng)控制的研究    黃立培,邱陽,郭宇婕

無刷雙饋電機(jī)鐵心損耗計(jì)算與飽和效應(yīng)的分析研究    楊向宇,勵(lì)慶孚,郭燈塔

變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)鐵耗的分析計(jì)算    劉玉慶,李莉

異步電機(jī)柔性控制系統(tǒng)    馮光,黃立培,喻輝潔,周友,白冰

電壓型PWM逆變器輸出誤差分析及其補(bǔ)償    陳碩,薛昭武

PMSM伺服系統(tǒng)滑模變結(jié)構(gòu)控制研究    王芙蓉

雙向永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用正交試驗(yàn)選取最佳方案    陳學(xué)明;

永磁同步電動(dòng)機(jī)瞬態(tài)場(chǎng)的有限元?jiǎng)討B(tài)分析    楊紅,王群京

永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)仿真    陶生桂,袁登科,毛明平

交流伺服電動(dòng)機(jī)的仿真與DSP控制    敖銀輝

永磁同步電動(dòng)機(jī)在控制力矩陀螺中的應(yīng)用    盛文杰;余菊峰;王建寬;陳世琪;張東寧;

家用電器應(yīng)用自起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)的新方法    林志力;

基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的永磁同步電動(dòng)機(jī)CAD軟件    吳鏑,吳昭文

永磁同步電動(dòng)機(jī)在變頻電源供電下的起動(dòng)    陳鳴,姚有光,唐海源

基于DSP的磁場(chǎng)定向控制永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)    白弢 ,李旭春 ,李鶴軒

用邊界無法改進(jìn)永磁同步電動(dòng)機(jī)樣機(jī)的設(shè)計(jì)    王旭紅 ,汪建平

永磁同步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用前景    金如麟;譚茀娃;

永磁同步電動(dòng)機(jī)非線性負(fù)載的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制    李諾;王江;張榮華;

永磁同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)方程的研究和起動(dòng)過程的仿真    劉仲恕;

內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)空間矢量調(diào)制的直接轉(zhuǎn)矩控制    李廣;朱建光;韓雪巖;張志鋒;唐任遠(yuǎn);

異步起動(dòng)永磁同步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩測(cè)試方法研究    安忠良;牛英力;趙丹群;唐任遠(yuǎn);

永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究及仿真    裴雪軍;朱鵬程;康勇;陳堅(jiān);

永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的有限時(shí)間跟蹤控制    武玉強(qiáng);馬新;宗廣燈;

永磁同步電動(dòng)機(jī)共性技術(shù)的研究    譚茀娃;金如麟;

新型永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制策略研究    張好明;王應(yīng)海;

永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的研究    王莉;趙修科;

太倉誕生首臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)    駐太倉首席記者 徐允上

永磁同步電動(dòng)機(jī)在化纖紡絲機(jī)變頻調(diào)速中的應(yīng)用    陳嶸

歐洲的電動(dòng)汽車研發(fā)    本報(bào)記者 袁宏

承先啟后 獨(dú)占鰲頭    唐任璞

勝利油田樹立節(jié)約就是效益觀念    張可春 王金法 姜化明

東芝電梯推出最新產(chǎn)品    

稀土永磁電機(jī)技術(shù)呈現(xiàn)5種發(fā)展趨勢(shì)    佳工

我市研發(fā)出新型智能起重機(jī)    劉曉生　首席記者 吳劍

永磁同步電動(dòng)機(jī)電磁振動(dòng)噪聲源識(shí)別技術(shù)的研究    宋志環(huán)

永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與方法研究    馮垚徑

永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)混沌行為分析及抑制和鎮(zhèn)定    韋篤取

驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)研究    儲(chǔ)劍波

高速永磁同步電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)研究    崔紅

內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及弱磁控制研究    王艾萌

變頻電源供電永磁同步電動(dòng)機(jī)幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)研究    趙國新

無傳感器永磁同步電機(jī)的位置辨識(shí)與控制研究    吳芳

永磁同步電機(jī)控制策略及算法融合研究    劉紅偉

六相永磁同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究    朱建光

純電動(dòng)汽車用永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及弱磁擴(kuò)速分析    陳晨

低壓大功率多支路永磁同步電動(dòng)機(jī)參數(shù)計(jì)算及繞組端部電磁力分析    劉曉磊

高性能永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真    成本權(quán)

變頻空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究    劉鐵丁

基于觀測(cè)器的永磁同步電動(dòng)機(jī)無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究    錢鋆

基于無傳感器技術(shù)的永磁同步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制研究    劉國棟

輪轂盤式無鐵心永磁同步電動(dòng)機(jī)無傳感器控制研究    呂孝亮

交流永磁同步伺服電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研究    李敏

精密伺服永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)及其低速力矩平穩(wěn)性能研究    劉超

矢量控制永磁同步電機(jī)伺服系統(tǒng)的研究    周菜