發(fā)布時間：2020-09-16 08:37

　　 隨著純電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈的成熟與穩(wěn)定,永磁同步電機(jī)以功率因數(shù)可調(diào)、轉(zhuǎn)矩密度大等優(yōu)勢在近幾年純電動汽車市場配套量占比越來越高。由于電動汽車行駛工況復(fù)雜多變,暴露于外部用于檢測驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子信息的機(jī)械傳感器容易損壞,一旦失效可能會造成無法挽回的安全事故。為了提高電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)整體可靠性與功能安全性,本文設(shè)計了一整套無位置傳感器控制算法,使得電動汽車在位置傳感器發(fā)生故障時能軟件在線估算轉(zhuǎn)子信息,實(shí)現(xiàn)電動汽車在全速度范圍內(nèi)的準(zhǔn)確、安全、可靠運(yùn)行。本文研究內(nèi)容主要包括三個方面:采用基于電機(jī)反電動勢的滑模觀測器法對電動汽車用表貼式永磁同步電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子信息的估算。根據(jù)傳統(tǒng)滑模觀測器的基本原理,將開關(guān)函數(shù)替換為sigmoid函數(shù)對其進(jìn)行改進(jìn)。針對滑模觀測器得到的估算反電動勢,分析了基于反正切函數(shù)和鎖相環(huán)的兩種位置觀測器,并進(jìn)行了定子電阻在線參數(shù)辨識。根據(jù)解析計算出的最優(yōu)電流環(huán)轉(zhuǎn)速環(huán)PI參數(shù)整定值搭建矢量控制系統(tǒng)仿真模型,仿真結(jié)果表明基于鎖相環(huán)的改進(jìn)滑模觀測器使得系統(tǒng)抖振更小,動靜態(tài)性能更好。由于電機(jī)反電動勢在零速和低速時信噪比較小,基于反電動勢的滑模觀測器法僅在電動汽車高速運(yùn)行時能準(zhǔn)確估計電機(jī)轉(zhuǎn)子速度位置信息,在零速和低速下并不適用。因此在零速時,基于表貼式永磁同步電機(jī)無凸極性和對啟動平順性的要求,根據(jù)非線性磁飽和效應(yīng)采用脈沖電壓注入法對其進(jìn)行初始位置檢測。在低速時,研究了開環(huán)I/F法和閉環(huán)I/F法的控制原理,仿真結(jié)果表明閉環(huán)I/F法在加快系統(tǒng)速度收斂進(jìn)程、減小系統(tǒng)回穩(wěn)時間上更有優(yōu)勢。在電動汽車全速度范圍內(nèi),不同控制方法之間的直接切換會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)較大脈動,因此本文提出了分段式電流減小率法和預(yù)置切換法來實(shí)現(xiàn)低速與高速控制方法之間的平滑過渡,通過系統(tǒng)仿真驗(yàn)證了所提方法的可行性和有效性,且仿真結(jié)果表明上述兩種方法與低速閉環(huán)I/F法、高速滑模觀測器法相結(jié)合能在全速度范圍內(nèi)對電動汽車用永磁同步電機(jī)進(jìn)行有效控制,具有快速的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力和較好的動靜態(tài)性能。為電動汽車性能提升提供了理論依據(jù),具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM341
【部分圖文】：

2 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制方案永磁同步電機(jī)已成為國內(nèi)外純電動汽車行業(yè)中的主要驅(qū)動電機(jī)，其本身是一個強(qiáng)耦合、時變性，多變量的非線性系統(tǒng)，直接對其控制難度較大，因此需要對自然坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化來達(dá)到便于控制的目的。矢量控制可以使得永磁同步電機(jī)具有和直流電機(jī)相媲美的性能，是目前永磁同步電機(jī)控制中應(yīng)用最廣泛的方法。矢量控制系統(tǒng)的性能很大程度上取決于速度環(huán)電流環(huán) PI 控制器參數(shù)的選取，而目前 PI 控制器參數(shù)一般是通過經(jīng)驗(yàn)法和試湊法得到，浪費(fèi)了大量的人力物力，為了快速方便的獲得最優(yōu) PI 參數(shù)值，本章對雙閉環(huán) PI 參數(shù)控制器進(jìn)行參數(shù)整定，并根據(jù)得到的 PI 參數(shù)整定值對純電動汽車永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。2.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)永磁同步電機(jī)與其他電機(jī)最大的不同是其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的分布，可分為表面式永磁同步電機(jī)和內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，如圖 2.1 和 2.2 所示。

2 永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制方案永磁同步電機(jī)已成為國內(nèi)外純電動汽車行業(yè)中的主要驅(qū)動電機(jī)，其本身是一個強(qiáng)耦合、時變性，多變量的非線性系統(tǒng)，直接對其控制難度較大，因此需要對自然坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化來達(dá)到便于控制的目的。矢量控制可以使得永磁同步電機(jī)具有和直流電機(jī)相媲美的性能，是目前永磁同步電機(jī)控制中應(yīng)用最廣泛的方法。矢量控制系統(tǒng)的性能很大程度上取決于速度環(huán)電流環(huán) PI 控制器參數(shù)的選取，而目前 PI 控制器參數(shù)一般是通過經(jīng)驗(yàn)法和試湊法得到，浪費(fèi)了大量的人力物力，為了快速方便的獲得最優(yōu) PI 參數(shù)值，本章對雙閉環(huán) PI 參數(shù)控制器進(jìn)行參數(shù)整定，并根據(jù)得到的 PI 參數(shù)整定值對純電動汽車永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。2.1 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)永磁同步電機(jī)與其他電機(jī)最大的不同是其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上的分布，可分為表面式永磁同步電機(jī)和內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，如圖 2.1 和 2.2 所示。

表示為 3 s 3 s 3 s f 3s e L i f 同步電機(jī)的 A、B、C 三相電壓向量和電機(jī)三相繞組電感矩陣；f 代表永磁分算子，且滿足,3As BCiii i ,3As BC , 3sinsins e f 3AA AB ACs BA BB BCCA CB CCL M MM L MM M L L 三相定子繞組的自感，MAB、MBA、MAC間發(fā)生變化；θe為轉(zhuǎn)子電角度，即轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)可用圖 2.3 表

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2819641