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电动汽车用永磁同步电动机传动控制系统的研究

作　者: 许家群
导　师: 唐任远
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 电动汽车永磁同步电动机矢量控制效率优化场路结合设计仿真直接转矩控制
分类号: TM351
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 2928次
引　用: 43次
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内容摘要

在国家863计划“九五”重大项目“钕铁硼电机应用产品开发”、辽宁省科学技术计划项目“高性能钕铁硼永磁电机的研制”及沈阳市“十五”科技攻关项目资助下，本文研究工作围绕电动汽车用永磁同步电动机(PMSM)传动控制系统展开，研究内容分为以下四个部分：首先，为提高电动汽车一次充电续行里程，提出电动汽车用PMSM系统的效率优化控制策略。针对电动汽车的运行特点，在分析了一般应用的PMSM系统输入功率最小效率优化策略不足的基础上，为满足电动汽车用PMSM系统效率优化的快速性要求，提出新的效率优化控制策略，其核心是在输入功率最小效率优化方法基础上应用模糊逻辑控制并采用转矩补偿策略加速系统控制变量寻优过程的收敛速度。进行相关实验说明提出的效率优化策略应用于电动汽车用PMSM系统的有效性。其次，全面研究了电动汽车用PMSM的设计计算方法。给出电动汽车用PMSM性能参数指标的确定原则；分析了电机参数对电动汽车运行状态的影响，确定了电动汽车用PMSM转子结构选择原则；研究了电动汽车用PMSM的场路结合设计方法；详细分析了采用并联支路数转换以提高电动汽车低速性能的实用化方法。在上述工作基础上，设计制造一台微型电动客车用7.5kW PMSM样机。再次，应用全数字化矢量控制PMSM系统装备了微型电动客车样车。开发了基于TMS320F240 DSP的电动汽车用PMSM全数字化矢量控制逆变器，给出了逆变器硬件设计方法和软件设计方案。对PMSM样机及逆变器进行了整体性能实验。应用该系统装备了微型电动客车样车。最后，研究了直接转矩控制(DTC)方式在电动汽车用PMSM上的应用并开发出相应控制系统。在详细分析DTC应用于PMSM的基本原理基础上，研究了零电压矢量在PMSM DTC中的作用并提出电动汽车用PMSM电压空间矢量的选择方法。分析了DTC方式下PMSM定子磁链给定原则，提出PMSM系统在DTC方式下的效率优化方法。给出PMSM fuzzy-DTC方法以提高电动汽车的动力性。进行电动汽车用PMSM系统的整体性能仿真，仿真结果说明采用DTC的PMSM系统能够满足电动汽车驱动应用的性能要求，并进一步开发出了PMSM的DTC系统。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-21
  1.1 课题背景及选题意义  10-11
  1.2 电动汽车的发展及现状  11-19
    1.2.1 电动汽车整车的发展现状  11-12
    1.2.2 电动汽车用电动机及传动方式研究发展现状  12-15
    1.2.3 电动汽车用PMSM及其控制技术的发展现状  15-19
  1.3 论文主要工作  19-21
第2章电动汽车用永磁同步电动机系统效率优化研究  21-36
  2.1 电动汽车用PMSM系统定子电流控制策略  21-23
    2.1.1 PMSM矢量控制数学模型  21-22
    2.1.2 矢量控制的电动汽车用PMSM系统电流控制策略  22-23
  2.2 电动汽车用PMSM矢量控制系统效率优化策略  23-31
    2.2.1 PMSM系统损耗数学模型  23-26
    2.2.2 常规输入功率最小优化策略用于电动汽车用PMSM系统的不足  26-27
    2.2.3 电动汽车用PMSM矢量控制系统自适应效率优化控制策略  27-31
  2.3 电动汽车用PMSM效率优化系统开发  31-35
    2.3.1 矢量控制PMSM系统逆变器设计  31-32
    2.3.2 PMSM效率优化系统开发  32-34
    2.3.3 效率优化实测结果  34-35
  2.4 本章小结  35-36
第3章电动汽车用永磁同步电动机的电磁设计  36-50
  3.1 电动汽车用PMSM性能参数确定  36-39
    3.1.1 电动汽车起动加速性能对PMSM的要求  36-38
    3.1.2 电动汽车稳态行驶和最高车速行驶情况  38
    3.1.3 最大电压及最大电流(极限电压及极限电流)限制  38-39
    3.1.4 微型电动客车用PMSM系统参数选择  39
  3.2 电动汽车驱动用PMSM转子结构选择  39-43
    3.2.1 交直轴电感参数及凸极率比较  40-42
    3.2.2 电机永磁体的抗失磁能力比较  42-43
    3.2.3 磁体结构选择原则  43
    3.2.4 样机磁体结构选择  43
  3.3 电动汽车用PMSM场路结合设计计算  43-46
    3.3.1 电动汽车用PMSM的磁路局部饱和及交直轴磁路耦合  43-44
    3.3.2 PMSM的场路结合设计计算方法  44-45
    3.3.3 PMSM样机设计  45-46
  3.4 PMSM并联支路数转换的实用性分析  46-49
    3.4.1 并联支路数转换的实现  47
    3.4.2 并联支路数转换的实用性分析  47-48
    3.4.3 实施并联支路数转换提高电动汽车低速转矩应考虑的因素  48-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章电动汽车用永磁同步电动机全数字化矢量控制系统开发  50-61
  4.1 电动汽车用PMSM全数字化矢量控制系统设计  50-53
    4.1.1 电动汽车用PMSM系统FUZZY-PI速度控制器设计  51-52
    4.1.2 基于SVPWM的PMSM系统电流控制器设计  52-53
  4.2 电动汽车用PMSM全数字化矢量控制系统开发  53-56
    4.2.1 控制系统硬件设计  53-55
    4.2.2 控制系统软件设计  55-56
  4.3 电动汽车用PMSM系统实验  56-59
    4.3.1 实验系统结构  56-57
    4.3.2 实测电动汽车用PMSM电流波形  57
    4.3.3 转矩转速特性实验  57-58
    4.3.4 系统效率  58
    4.3.5 车载蓄电池电压变化对PMSM系统性能的影响  58-59
  4.4 PMSM驱动的微型电动客车样车试验  59-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章电动汽车用永磁同步电动机直接转矩控制策略研究  61-86
  5.1 引言  61
  5.2 永磁同步电动机直接转矩控制基本原理  61-65
    5.2.1 定子坐标系下的转矩方程  61-62
    5.2.2 电压空间矢量的产生  62-63
    5.2.3 磁链和转矩的控制  63-64
    5.2.4 PMSM直接转矩控制系统数学模型  64-65
  5.3 电动汽车用PMSM直接转矩控制电压空间矢量选择  65-69
    5.3.1 六边形磁链、圆形磁链及滞环宽度选择  66-67
    5.3.2 零电压矢量对PMSM DTC系统电磁转矩的影响  67-68
    5.3.3 电动汽车用PMSM DTC电压空间矢量选择原则  68-69
    5.3.4 基于电压空间矢量切换的DTC系统动态性能  69
  5.4 直接转矩控制的电动汽车用PMSM系统效率优化研究  69-73
    5.4.1 直接转矩控制的PMSM定子磁链控制条件  70-72
    5.4.2 电动汽车用PMSM DTC系统效率优化控制策略  72-73
  5.5 电动汽车用PMSM DTC系统动力性改善研究  73-76
    5.5.1 变量的模糊化及隶属函数的确定  74
    5.5.2 模糊转矩控制规则及决策  74-75
    5.5.3 仿真研究  75-76
  5.6 电动汽车用PMSM DTC系统整体性能仿真  76-78
    5.6.1 电动汽车用PMSM DTC系统仿真数学模型  76-77
    5.6.2 电动汽车性能仿真  77-78
  5.7 电动汽车用永磁同步电动机直接转矩控制系统开发  78-84
    5.7.1 电动汽车用PMSM直接转矩控制系统概述  78-79
    5.7.2 控制系统硬件设计  79-80
    5.7.3 控制系统软件设计  80
    5.7.4 电动汽车用PMSM直接转矩控制系统实验研究  80-84
  5.8 本章小结  84-86
第6章全文总结  86-88
致谢  88-89
攻读博士学位期间撰写的学术论文及完成的科研成果  89-91
参考文献  91-97

电动汽车用永磁同步电动机传动控制系统的研究

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